IT 
EN 
ES 
DE 
FR 
ZH 
JA 
PT 
TR 
KO 
PL 
AR Categoria: Indentazione | Durezza ed elasticità
Valutazione della durezza dei tessuti biologici con la nanoindentazione
Importanza della nanoindentazione dei tessuti biologici
I test meccanici tradizionali (durezza, adesione, compressione, perforazione, resistenza allo snervamento, ecc.) richiedono maggiore precisione e affidabilità negli attuali ambienti di controllo qualità con un'ampia gamma di materiali avanzati, dai tessuti ai materiali fragili. La strumentazione meccanica tradizionale non è in grado di fornire il controllo sensibile del carico e la risoluzione necessari per i materiali avanzati. Le sfide associate ai biomateriali richiedono lo sviluppo di test meccanici in grado di controllare accuratamente il carico su materiali estremamente morbidi. Questi materiali richiedono carichi di prova molto bassi, inferiori al mN, con un ampio intervallo di profondità per garantire una misurazione corretta delle proprietà. Inoltre, molti tipi di test meccanici diversi possono essere eseguiti su un singolo sistema, consentendo una maggiore funzionalità. Ciò consente di effettuare una serie di importanti misurazioni sui biomateriali, tra cui la durezza, il modulo elastico, il modulo di perdita e di accumulo e il creep, oltre alla resistenza ai graffi e ai punti di rottura dello snervamento.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione il tester meccanico di Nanovea in modalità di nanoindentazione viene utilizzato per studiare la durezza e il modulo elastico di 3 aree separate di un sostituto biomateriale su regioni di grasso, carne chiara e carne scura del prosciutto.
La nanoindentazione si basa sugli standard di indentazione strumentale ASTM E2546 e ISO 14577. Utilizza metodi consolidati in cui una punta di penetrazione di geometria nota viene conficcata in un punto specifico del materiale di prova con un carico normale controllato e crescente. Quando si raggiunge una profondità massima prestabilita, il carico normale viene ridotto fino al completo rilassamento. Il carico viene applicato da un attuatore piezoelettrico e misurato in un ciclo controllato con una cella di carico ad alta sensibilità. Durante gli esperimenti, la posizione del penetratore rispetto alla superficie del campione viene monitorata con un sensore capacitivo ad alta precisione. Le curve di carico e spostamento risultanti forniscono dati specifici sulla natura meccanica del materiale testato. Modelli consolidati calcolano i valori quantitativi di durezza e modulo con i dati misurati. La nanoindentazione è adatta a misurazioni a basso carico e profondità di penetrazione su scala nanometrica.
Risultati e discussione
Le tabelle seguenti presentano i valori misurati di durezza e modulo di Young con medie e deviazioni standard. Un'elevata rugosità superficiale può causare grandi variazioni nei risultati a causa delle dimensioni ridotte dell'indentazione.
L'area del grasso presentava una durezza pari a circa la metà di quella delle aree della carne. Il trattamento della carne ha fatto sì che la zona scura della carne fosse più dura di quella chiara. Il modulo elastico e la durezza sono in relazione diretta con la masticabilità al tatto delle aree del grasso e della carne. L'area del grasso e della carne chiara ha continuato a scorrere in misura maggiore rispetto alla carne scura dopo 60 secondi.
Risultati dettagliati - Grasso
Risultati dettagliati - Carne leggera
Risultati dettagliati - Carne scura
Conclusione
In questa applicazione, Nanovea tester meccanico in modalità nanoindentazione hanno determinato in modo affidabile le proprietà meccaniche delle aree di grasso e carne, superando l'elevata ruvidità della superficie del campione. Ciò ha dimostrato l'ampia e ineguagliata capacità del tester meccanico di Nanovea. Il sistema fornisce contemporaneamente misurazioni precise delle proprietà meccaniche su materiali estremamente duri e tessuti biologici molli.
La cella di carico in controllo ad anello chiuso con la tavola piezoelettrica assicura una misurazione precisa di materiali in gel duri o morbidi da 1 a 5kPa. Utilizzando lo stesso sistema, è possibile testare i biomateriali a carichi più elevati, fino a 400N. Per le prove di fatica è possibile utilizzare un carico a più cicli e ottenere informazioni sulla resistenza allo snervamento in ogni zona utilizzando una punta di diamante cilindrica piatta. Inoltre, con l'analisi meccanica dinamica (DMA), le proprietà viscoelastiche, la perdita e il modulo di accumulo possono essere valutati con elevata precisione grazie al controllo del carico ad anello chiuso. Sullo stesso sistema sono disponibili anche prove a varie temperature e sotto liquidi.
Il tester meccanico di Nanovea continua a essere lo strumento superiore per le applicazioni biologiche e di polimeri/gel morbidi.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Valutazione della durezza del dente con la nanoindentazione
Importanza della nanoindentazione per i materiali biologici
Con molti test meccanici tradizionali (durezza, adesione, compressione, perforazione, resistenza allo snervamento, ecc.), gli odierni ambienti di controllo qualità con materiali sensibili avanzati, dai gel ai materiali fragili, richiedono ora un controllo di maggiore precisione e affidabilità. La strumentazione meccanica tradizionale non è in grado di fornire il controllo del carico sensibile e la risoluzione richiesta; è stata progettata per essere utilizzata per materiali sfusi. Poiché le dimensioni del materiale da testare sono diventate di maggiore interesse, lo sviluppo di Nanoindentazione ha fornito un metodo affidabile per ottenere informazioni meccaniche essenziali su superfici di dimensioni ridotte, come nel caso della ricerca sui biomateriali. Le sfide specificamente associate ai biomateriali hanno richiesto lo sviluppo di test meccanici in grado di controllare accuratamente il carico su materiali estremamente morbidi o fragili. Inoltre, sono necessari più strumenti per eseguire vari test meccanici che ora possono essere eseguiti con un unico sistema. La nanoindentazione offre un'ampia gamma di misurazioni con una risoluzione precisa a carichi nanocontrollati per applicazioni sensibili.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione, il sistema Nanovea Collaudatore meccanico, in modalità Nanoindentazione, viene utilizzato per studiare la durezza e il modulo elastico della dentina, della carie e della polpa di un dente. L'aspetto più critico con il test di nanoindentazione è la protezione del campione, qui abbiamo preso un dente tagliato e montato con resina epossidica lasciando tutte e tre le aree di interesse esposte per il test.
Risultati e discussione
Questa sezione comprende una tabella riassuntiva che confronta i principali risultati numerici per i diversi campioni, seguita dall'elenco completo dei risultati, che include ogni indentazione eseguita, accompagnata da micrografie dell'indentazione, quando disponibili. Questi risultati completi presentano i valori misurati di durezza e modulo di Young e la profondità di penetrazione con le loro medie e deviazioni standard. Si deve considerare che i risultati possono variare notevolmente nel caso in cui la rugosità superficiale sia della stessa dimensione dell'indentazione.
Tabella riassuntiva dei principali risultati numerici:
Conclusione
In conclusione, abbiamo mostrato come il Nanovea Mechanical Tester, in modalità di nanoindentazione, fornisca una misura precisa delle proprietà meccaniche di un dente. I dati possono essere utilizzati per lo sviluppo di otturazioni che corrispondano meglio alle caratteristiche meccaniche di un dente reale. La capacità di posizionamento del Nanovea Mechanical Tester consente una mappatura completa della durezza dei denti nelle varie zone.
Utilizzando lo stesso sistema, è possibile testare la tenacità alla frattura dei denti a carichi più elevati, fino a 200N. Un test di carico a più cicli può essere utilizzato su materiali più porosi per valutare il livello di elasticità rimanente. L'uso di una punta di diamante cilindrica piatta può fornire informazioni sulla resistenza allo snervamento in ogni zona. Inoltre, con l'analisi meccanica dinamica (DMA) è possibile valutare le proprietà viscoelastiche, compresi i moduli di perdita e di accumulo.
Il modulo Nanovea nano è ideale per questi test perché utilizza una risposta di feedback unica per controllare con precisione il carico applicato. Per questo motivo, il modulo nanovea può essere utilizzato anche per eseguire accurati test di graffiatura. Lo studio della resistenza al graffio e all'usura del materiale dentale e dei materiali da otturazione si aggiunge all'utilità complessiva del tester meccanico. L'uso di una punta affilata da 2 micron per confrontare quantitativamente le rigature sui materiali da otturazione consentirà di prevedere meglio il comportamento nelle applicazioni reali. Anche i test di usura multi-pass o di usura rotativa diretta sono test comuni e forniscono informazioni importanti sulla durata a lungo termine.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Caratterizzazione nano-meccanica delle costanti di primavera
La capacità della molla di immagazzinare energia meccanica ha una lunga storia di utilizzo. Dagli archi per la caccia alle serrature per le porte, la tecnologia delle molle esiste da molti secoli. Oggi ci affidiamo alle molle, che si tratti di materassi, penne o sospensioni automobilistiche, perché svolgono un ruolo fondamentale nella nostra vita quotidiana. Con una tale varietà di usi e progetti, è necessario poter quantificare le loro proprietà meccaniche.
Strumento di selezione della mappa meccanica Broadview
Abbiamo tutti sentito l'espressione "il tempo è denaro". Ecco perché molte aziende cercano costantemente metodi per accelerare e migliorare i vari processi: si risparmia tempo. Quando si tratta di prove di indentazione, la velocità, l'efficienza e la precisione possono essere integrate in un processo di controllo qualità o di ricerca e sviluppo utilizzando uno dei nostri tester meccanici Nanovea. In questa nota applicativa, illustreremo un modo semplice per risparmiare tempo grazie alle funzioni del nostro tester meccanico Nanovea e del software Broad View Map and Selection Tool.
Fate clic per leggere la nota applicativa completa!
Transizione vetrosa localizzata con precisione con la nanoindentazione DMA
Transizione vetrosa localizzata con precisione con la nanoindentazione DMA
Per saperne di più
Per saperne di più
Immaginate uno scenario in cui un campione sfuso viene riscaldato uniformemente a una velocità costante. Quando un materiale sfuso si riscalda e si avvicina al suo punto di fusione, inizia a perdere la sua rigidità. Se si eseguono indentazioni periodiche (prove di durezza) con la stessa forza target, la profondità di ciascuna indentazione dovrebbe aumentare costantemente, poiché il campione sta diventando più morbido (vedi figura 1). Ciò continua fino a quando il campione inizia a fondere. A questo punto, si osserverà un forte aumento della profondità di ciascuna tacca. Utilizzando questo concetto, il cambiamento di fase in un materiale può essere osservato utilizzando oscillazioni dinamiche con un'ampiezza di forza fissa e misurando il suo spostamento, ovvero l'analisi meccanica dinamica (DMA).
Leggete la notizia della transizione vetrosa localizzata con precisione!
Misura del rilassamento da sforzo mediante nanoindentazione
Per saperne di più
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Compressione su materiali morbidi e flessibili
Importanza di testare materiali morbidi e flessibili
Un esempio di campioni molto morbidi e flessibili è un sistema microelettromeccanico. I MEMS sono utilizzati in prodotti commerciali di uso quotidiano come stampanti, telefoni cellulari e automobili [1]. I loro impieghi includono anche funzioni speciali, come i biosensori [2] e la raccolta di energia [3]. Per le loro applicazioni, i MEMS devono essere in grado di passare reversibilmente dalla configurazione originale a una configurazione compressa in modo ripetuto [4]. Per capire come le strutture reagiranno alle forze meccaniche, si possono effettuare prove di compressione. Le prove di compressione possono essere utilizzate per testare e mettere a punto varie configurazioni di MEMS e per verificare i limiti di forza superiori e inferiori per questi campioni.
La Nanovea Collaudatore meccanico Nano La capacità del modulo di raccogliere dati con precisione a carichi molto bassi e di percorrere oltre 1 mm di distanza lo rende ideale per testare campioni morbidi e flessibili. Avendo sensori di carico e profondità indipendenti, il grande spostamento del penetratore non influenza le letture del sensore di carico. La capacità di eseguire test a basso carico su un intervallo superiore a 1 mm di corsa del penetratore rende il nostro sistema unico rispetto ad altri sistemi di nanoindentazione. In confronto, una distanza di percorrenza ragionevole per un sistema di indentazione su scala nanometrica è generalmente inferiore a 250 μm.
Obiettivo di misurazione
In questo caso di studio, Nanovea ha condotto test di compressione su due campioni flessibili e simili a molle, unici nel loro genere. Mostriamo la nostra capacità di effettuare la compressione a carichi molto bassi e di registrare grandi spostamenti ottenendo dati accurati a bassi carichi e come questo possa essere applicato all'industria dei MEMS. A causa delle norme sulla privacy, i campioni e la loro origine non saranno rivelati in questo studio.
Parametri di misura
Nota: la velocità di caricamento di 1 V/min è proporzionale a circa 100μm di spostamento quando il penetratore è in aria.
Risultati e discussione
La risposta del campione alle forze meccaniche è visibile nelle curve di carico e profondità. Il campione A mostra solo una deformazione elastica lineare con i parametri di prova sopra elencati. La Figura 2 è un ottimo esempio della stabilità che si può ottenere per una curva carico/profondità a 75μN. Grazie alla stabilità dei sensori di carico e profondità, sarebbe facile percepire una risposta meccanica significativa da parte del campione.
Il campione B mostra una risposta meccanica diversa da quella del campione A. Dopo 750μm di profondità, nel grafico inizia a comparire un comportamento simile alla frattura. Ciò è visibile con i bruschi cali di carico a 850 e 975μm di profondità. Nonostante l'elevata velocità di carico per oltre 1 mm in un intervallo di 8 mN, i nostri sensori di carico e profondità altamente sensibili consentono all'utente di ottenere le eleganti curve carico/profondità riportate di seguito.
La rigidità è stata calcolata dalla porzione di scarico delle curve carico/profondità. La rigidità riflette la forza necessaria per deformare il campione. Per il calcolo della rigidità è stato utilizzato uno pseudo rapporto di Poisson di 0,3, poiché il rapporto effettivo del materiale non è noto. In questo caso, il campione B si è rivelato più rigido del campione A.
Conclusione
Due diversi campioni flessibili sono stati testati a compressione utilizzando il modulo Nanovea Mechanical Tester. I test sono stati condotti a carichi molto bassi (1 mm). I test di compressione in scala nanometrica con il modulo Nano hanno dimostrato la capacità del modulo di testare campioni molto morbidi e flessibili. Ulteriori test per questo studio potrebbero analizzare il modo in cui il carico ciclico ripetuto influisce sull'aspetto del recupero elastico dei campioni simili a molle tramite l'opzione di carico multiplo del Nanovea Mechanical Tester.
Per ulteriori informazioni su questo metodo di prova, non esitate a contattarci all'indirizzo [email protected] e per ulteriori note applicative consultate la nostra vasta libreria digitale di note applicative.
Riferimenti
[1] "Introduzione e aree di applicazione dei MEMS". EEHerald, 1 marzo 2017, www.eeherald.com/section/design-guide/mems_application_introduction.html.
[2] Louizos, Louizos-Alexandros; Athanasopoulos, Panagiotis G.; Varty, Kevin (2012). "Sistemi microelettromeccanici e nanotecnologie. Una piattaforma per la prossima era tecnologica degli stent". Vasc Endovascular Surg.46 (8): 605–609. doi:10.1177/1538574412462637. PMID 23047818.
[3] Hajati, Arman; Sang-Gook Kim (2011). "Raccolta di energia piezoelettrica a banda ultra larga". AppliedPhysics Letters. 99 (8): 083105. doi:10.1063/1.3629551.
[4] Fu, Haoran, et al. "Mesostrutture 3D morfabili e dispositivi microelettronici tramite meccanica di buckling multistabile". Nature materials 17.3 (2018): 268.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Proprietà meccaniche dei rivestimenti per wafer in carburo di silicio
La comprensione delle proprietà meccaniche dei rivestimenti dei wafer in carburo di silicio è fondamentale. Il processo di fabbricazione dei dispositivi microelettronici può comprendere oltre 300 diverse fasi di lavorazione e può durare da sei a otto settimane. Durante questo processo, il substrato del wafer deve essere in grado di resistere alle condizioni estreme della produzione, poiché un fallimento in qualsiasi fase comporterebbe una perdita di tempo e denaro. Il test di durezzaLa resistenza all'adesione/graffio e il tasso di COF/usura del wafer devono soddisfare determinati requisiti per sopravvivere alle condizioni imposte durante il processo di produzione e applicazione, per garantire che non si verifichino guasti.
Proprietà meccaniche dei rivestimenti per wafer in carburo di silicio
Proprietà meccaniche e tribologiche della fibra di carbonio
In combinazione con il test di usura di Tribometro e l'analisi della superficie mediante profilometro ottico 3D, abbiamo
mostrare la versatilità e l'accuratezza degli strumenti Nanovea nel testare i materiali compositi
con proprietà meccaniche direzionali.
Valutazione della durezza biomeccanica dei tessuti
La capacità di misurare con precisione le proprietà meccaniche nei campi delle scienze della vita è recentemente diventata un aspetto importante di molti studi attuali. In alcuni casi, la comprensione delle proprietà meccaniche delle superfici biologiche morbide ha contribuito a scoprire gli effetti meccanici delle malattie. La comprensione delle proprietà meccaniche fornisce un contesto per identificare il comportamento meccanico locale legato a cambiamenti specifici. È inoltre fondamentale nello sviluppo di biomateriali artificiali. In questa applicazione, la Nanovea Collaudatore meccanico, In Nanoindentazione per studiare la durezza biomeccanica e il modulo elastico di 3 aree separate del prosciutto (grasso, carne chiara e carne scura).
Valutazione della durezza del dente mediante nanoindentazione
In questa applicazione, il sistema Nanovea Collaudatore meccanico, In Nanoindentazione è utilizzata per studiare la durezza e il modulo elastico della dentina, della carie e della polpa di un dente. L'aspetto più critico dei test di nanoidentazione è il fissaggio del campione; in questo caso abbiamo preso un dente tagliato a fette e lo abbiamo montato in resina epossidica, lasciando tutte e tre le aree di interesse esposte per i test.
Valutazione della durezza del dente mediante nanoindentazione
