Znaczenie badań miękkich, elastycznych materiałów

Przykładem bardzo miękkich i elastycznych próbek jest układ mikroelektromechaniczny. MEMS są wykorzystywane w codziennych produktach komercyjnych, takich jak drukarki, telefony komórkowe czy samochody [1]. Ich zastosowania obejmują również funkcje specjalne, takie jak biosensory [2] czy zbieranie energii [3]. Dla swoich zastosowań MEMS muszą być w stanie wielokrotnie odwracalnie przechodzić między swoją oryginalną konfiguracją a konfiguracją skompresowaną [4]. Aby zrozumieć jak struktury będą reagować na siły mechaniczne, można przeprowadzić próbę ściskania. Próba ściskania może być wykorzystana do badania i dostrajania różnych konfiguracji MEMS, jak również do badania górnej i dolnej granicy sił dla tych próbek.

Cel pomiaru

W tym studium przypadku, Nanovea przeprowadziła testy ściskania na dwóch unikalnie różnych elastycznych, sprężystych próbkach. Zaprezentowano naszą zdolność do prowadzenia badań ściskania przy bardzo małych obciążeniach i rejestrowania dużych przemieszczeń przy jednoczesnym dokładnym uzyskiwaniu danych przy małych obciążeniach oraz jak to może być zastosowane w przemyśle MEMS. Ze względu na politykę prywatności, próbki i ich pochodzenie nie będą ujawnione w tym badaniu.

Parametry pomiarowe

Uwaga: Szybkość ładowania 1 V/min jest proporcjonalna do około 100μm przemieszczenia, gdy wgłębnik znajduje się w powietrzu.

Wyniki i dyskusja

Odpowiedź próbki na działanie sił mechanicznych można zobaczyć na wykresach zależności obciążenia od głębokości. Próbka A wykazuje tylko liniowe odkształcenie sprężyste przy parametrach testu wymienionych powyżej. Rysunek 2 jest doskonałym przykładem stabilności, którą można osiągnąć dla krzywej zależności obciążenia od głębokości przy 75μN. Ze względu na stabilność czujników obciążenia i głębokości, łatwo jest dostrzec jakąkolwiek znaczącą odpowiedź mechaniczną próbki.

Próbka B wykazuje inną odpowiedź mechaniczną niż próbka A. Po przekroczeniu 750 μm głębokości, na wykresie zaczyna pojawiać się zachowanie przypominające pęknięcie. Widoczne jest to przy gwałtownych spadkach obciążenia na głębokości 850 i 975 μm. Pomimo przemieszczania się z dużą prędkością obciążenia przez ponad 1mm w zakresie 8mN, nasze wysoce czułe czujniki obciążenia i głębokości umożliwiają użytkownikowi uzyskanie poniższych krzywych zależności obciążenia od głębokości.

Sztywność obliczono z części nieobciążającej krzywych zależności obciążenia od głębokości. Sztywność odzwierciedla siłę potrzebną do zdeformowania próbki. Do obliczeń sztywności użyto pseudo współczynnika Poissona o wartości 0,3, ponieważ rzeczywisty współczynnik materiału nie jest znany. W tym przypadku, próbka B okazała się sztywniejsza niż próbka A.

Wniosek

Dwie różne elastyczne próbki zostały poddane testom ściskania przy użyciu modułu Nanovea Mechanical Tester. Badania przeprowadzono przy bardzo małych obciążeniach (1mm). Badania ściskania w skali nano z użyciem Nano Modułu wykazały zdolność modułu do badania bardzo miękkich i elastycznych próbek. Dodatkowe badania w ramach tej pracy mogą dotyczyć wpływu powtarzających się cyklicznie obciążeń na aspekt odzyskiwania sprężystości przez próbki sprężyste dzięki opcji wielokrotnego obciążania oferowanej przez Nanovea Mechanical Tester.

Aby uzyskać więcej informacji na temat tej metody badawczej, prosimy o kontakt z nami pod adresem info@nanovea.com, a w celu uzyskania dodatkowych not aplikacyjnych prosimy o przejrzenie naszej obszernej biblioteki cyfrowej not aplikacyjnych.

Referencje

[1] "Wprowadzenie i obszary zastosowań 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). "Microelectromechanical Systems and Nanotechnology. 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). "Ultra-wide bandwidth piezoelectric energy harvesting". 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.