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.

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 info@nanovea.com 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.