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AR Categoria: Indentação | Dureza e Elástico
Avaliação da Dureza Biológica do Tecido usando Nanoindentação
Importância da Nanoindentação Biológica de Tecidos
Os testes mecânicos tradicionais (dureza, aderência, compressão, punção, resistência à ruptura, etc.) exigem maior precisão e confiabilidade nos ambientes atuais de controle de qualidade com uma ampla gama de materiais avançados, desde tecidos até materiais frágeis. A instrumentação mecânica tradicional não fornece o controle de carga sensível e a resolução necessária para materiais avançados. Os desafios associados aos biomateriais exigem o desenvolvimento de testes mecânicos capazes de controlar com precisão a carga de materiais extremamente macios. Estes materiais exigem cargas de teste sub mN muito baixas com grande alcance de profundidade para garantir a medição adequada das propriedades. Além disso, muitos tipos diferentes de testes mecânicos podem ser realizados em um único sistema, permitindo uma maior funcionalidade. Isto fornece uma gama de medições importantes sobre biomateriais, incluindo dureza, módulo elástico, módulo de perda e armazenamento, além de resistência a arranhões e pontos de ruptura de resistência ao escoamento.
Objetivo da medição
Nesta aplicação o testador mecânico Nanovea em modo nanoindentação é usado para estudar a dureza e o módulo elástico de 3 áreas separadas de um substituto de biomaterial em regiões de gordura, carne clara e carne escura de prosciutto.
A nanoindentação é baseada nas normas de indentação instrumentada ASTM E2546 e ISO 14577. Ela usa métodos estabelecidos onde uma ponta de indentação de geometria conhecida é conduzida para um local específico do material de teste com uma carga normal crescente controlada. Ao atingir uma profundidade máxima pré-estabelecida, a carga normal é reduzida até que ocorra um relaxamento completo. A carga é aplicada por um atuador piezo e medida em um laço controlado com uma célula de carga de alta sensibilidade. Durante os experimentos, a posição de indentro em relação à superfície da amostra é monitorada com um sensor capacitivo de alta precisão. As curvas de carga e deslocamento resultantes fornecem dados específicos para a natureza mecânica do material testado. Os modelos estabelecidos calculam a dureza quantitativa e os valores de módulo com os dados medidos. A nanoindentação é adequada para medições de baixa carga e profundidade de penetração em escalas nanométricas.
Resultados e Discussão
Estas tabelas abaixo apresentam valores medidos de dureza e módulo de Young com médias e desvios padrão. A elevada rugosidade superficial pode causar grandes variações nos resultados devido ao pequeno tamanho do recuo.
A área de gordura tinha cerca da metade da dureza das áreas de carne. O tratamento da carne fez com que a área mais escura da carne fosse mais dura do que a área mais clara. O módulo elástico e a dureza estão em relação direta com a sensação de mastigabilidade da boca das áreas de gordura e de carne. A área de gordura e de carne clara tem rastejamento continuando a uma taxa maior do que a de carne escura após 60 segundos.
Resultados detalhados - Gordura
Resultados detalhados - Carne leve
Resultados detalhados - Carne escura
Conclusão
Nesta aplicação, o Nanovea testador mecânico no modo de nanoindentação, determinou de forma confiável as propriedades mecânicas das áreas de gordura e carne, ao mesmo tempo em que superou a alta rugosidade da superfície da amostra. Isto demonstrou a ampla e incomparável capacidade do testador mecânico da Nanovea. O sistema fornece simultaneamente medições precisas de propriedades mecânicas em materiais extremamente duros e tecidos biológicos moles.
A célula de carga em circuito fechado com a mesa piezoelétrica garante a medição precisa de materiais em gel duros ou moles de 1 a 5kPa. Usando o mesmo sistema, é possível testar biomateriais com cargas mais altas de até 400N. A carga de múltiplos ciclos pode ser usada para testes de fadiga e as informações de resistência ao escoamento em cada zona podem ser obtidas usando uma ponta cilíndrica plana de diamante. Além disso, com a Análise Mecânica Dinâmica (DMA), a perda de propriedades viscoelásticas e os módulos de armazenamento podem ser avaliados com alta precisão usando o controle de carga em circuito fechado. Testes em várias temperaturas e sob líquidos também estão disponíveis no mesmo sistema.
O testador mecânico da Nanovea continua sendo a ferramenta superior para aplicações biológicas e de polímeros moles/gel.
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Avaliação da dureza dos dentes utilizando a nanoindentação
Importância da nanoindentação para materiais biológicos
Com muitos testes mecânicos tradicionais (dureza, adesão, compressão, perfuração, resistência ao escoamento, etc.), os ambientes de controle de qualidade atuais com materiais sensíveis avançados, de géis a materiais frágeis, agora exigem maior precisão e controle de confiabilidade. A instrumentação mecânica tradicional não consegue fornecer o controle de carga sensível e a resolução necessários, pois foi projetada para ser usada em materiais a granel. Como o tamanho do material que está sendo testado tornou-se de maior interesse, o desenvolvimento de Nanoindentação forneceu um método confiável para obter informações mecânicas essenciais sobre superfícies menores, como a pesquisa que está sendo feita com biomateriais. Os desafios especificamente associados aos biomateriais exigiram o desenvolvimento de testes mecânicos capazes de controlar com precisão a carga em materiais extremamente macios e frágeis. Além disso, são necessários vários instrumentos para realizar diversos testes mecânicos que agora podem ser realizados em um único sistema. A nanoindentação oferece uma ampla gama de medições com resolução precisa em cargas nano controladas para aplicações sensíveis.
Objetivo da medição
Nesta aplicação, a Nanovea Testador Mecânico, no modo Nanoindentação, é usado para estudar a dureza e o módulo de elasticidade da dentina, cárie e polpa de um dente. O aspecto mais crítico do teste de nanoindentação é proteger a amostra. Aqui pegamos um dente fatiado e montado em epóxi, deixando todas as três áreas de interesse expostas para teste.
Resultados e Discussão
Esta seção inclui uma tabela de resumo que compara os principais resultados numéricos para as diferentes amostras, seguida da lista completa dos resultados, incluindo cada indentação realizada, acompanhada por micrográficos da indentação, quando disponível. Estes resultados completos apresentam os valores medidos do módulo de Dureza e do módulo Young como a profundidade de penetração com suas médias e desvios padrão. Deve-se considerar que grande variação nos resultados pode ocorrer caso a rugosidade superficial esteja na mesma faixa de tamanho que o recuo.
Tabela de resumo dos principais resultados numéricos:
Conclusão
Em conclusão, mostramos como o Testador Mecânico Nanovea, no modo Nanoindentação, proporciona uma medição precisa das propriedades mecânicas de um dente. Os dados podem ser utilizados no desenvolvimento de obturações que melhor se adaptam às características mecânicas de um dente real. A capacidade de posicionamento do Nanovea Mechanical Tester permite o mapeamento completo da dureza dos dentes através das várias zonas.
Usando o mesmo sistema, é possível testar a resistência à fratura do material dos dentes com cargas mais altas de até 200N. Um teste de carga de múltiplos ciclos pode ser usado em materiais mais porosos para avaliar o nível restante de elasticidade. O uso de uma ponta cilíndrica plana de diamante pode dar informações sobre a resistência à ruptura em cada zona. Além disso, com a "Análise Mecânica Dinâmica" da DMA, as propriedades viscoelásticas, incluindo perda e modulação de armazenamento, podem ser avaliadas.
O módulo Nanovea nano é ideal para estes testes porque utiliza uma resposta de feedback única para controlar precisamente a carga aplicada. Devido a isso, o módulo nano pode também ser usado para fazer testes precisos de nano arranhões. O estudo da resistência a arranhões e desgaste do material do dente e materiais de preenchimento aumenta a utilidade geral do testador mecânico. A utilização de uma ponta afiada de 2 mícrons para comparar quantitativamente a marcação em materiais de preenchimento permitirá uma melhor previsão do comportamento em aplicações reais. Os testes de desgaste multi-passe ou de desgaste rotativo direto também são testes comuns que fornecem informações importantes sobre a viabilidade a longo prazo.
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Caracterização Nano Mecânica das Constantes de Mola
A capacidade de uma mola para armazenar energia mecânica tem um longo histórico de uso. Desde arcos para a caça até fechaduras para portas, a tecnologia da mola já existe há muitos séculos. Hoje em dia, dependemos de molas, seja de colchões, canetas ou suspensões automotivas, pois elas desempenham um papel vital em nossa vida diária. Com uma grande variedade de usos e designs, a capacidade de quantificar suas propriedades mecânicas é necessária.
Ferramenta de seleção de mapas mecânicos de visão ampla
Todos nós já ouvimos o termo, tempo é dinheiro. É por isso que muitas empresas buscam constantemente métodos de agilizar e melhorar vários processos, isso economiza tempo. Quando se trata de testes de indentação, velocidade, eficiência e precisão podem ser integrados em um processo de controle de qualidade ou P&D ao utilizar um de nossos Nanovea Mechanical Testers. Nesta nota de aplicação, mostraremos uma maneira fácil de economizar tempo com nossos equipamentos Nanovea Mechanical Tester e o software Broad View Map and Selection Tool.
Clique para ler a nota de aplicação completa!
Transição Precisa de Vidro Localizado com Nanoindentação DMA
Transição Precisa de Vidro Localizado com Nanoindentação DMA
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Imagine um cenário em que uma amostra a granel é aquecida uniformemente a uma taxa constante. Quando um material a granel aquece e se aproxima de seu ponto de fusão, ele começará a perder sua rigidez. Se as indentações periódicas (testes de dureza) forem realizadas com a mesma força alvo, a profundidade de cada indentação deve aumentar constantemente, uma vez que a amostra está se tornando mais macia (ver figura 1). Isto continua até que a amostra comece a derreter. Neste ponto, será observado um grande aumento na profundidade por travessão. Usando este conceito, a mudança de fase em um material pode ser observada utilizando oscilações dinâmicas com uma amplitude de força fixa e medindo seu deslocamento, ou seja, Análise Mecânica Dinâmica (DMA).
Leia sobre a Transição Precisa de Vidro Localizado!
Medição de Relaxamento de Tensão usando Nanoindentação
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Compressão em Materiais Suaves e Flexíveis
Importância de testar materiais macios e flexíveis
Um exemplo de amostras muito macias e flexíveis é um sistema microeletromecânico. Os MEMS são usados em produtos comerciais do cotidiano, como impressoras, celulares e carros [1]. Seus usos também incluem funções especiais, tais como biosensores [2] e coleta de energia [3]. Para suas aplicações, os MEMS devem ser capazes de fazer a transição reversivel entre sua configuração original para uma configuração comprimida repetidamente [4]. Para entender como as estruturas reagirão às forças mecânicas, os testes de compressão podem ser conduzidos. Os testes de compressão podem ser utilizados para testar e afinar várias configurações MEMS, bem como para testar os limites de força superior e inferior para estas amostras.
A Nanovea Testador Mecânico Nano A capacidade do módulo de coletar dados com precisão em cargas muito baixas e percorrer mais de 1 mm de distância o torna ideal para testar amostras macias e flexíveis. Por ter sensores de carga e profundidade independentes, o grande deslocamento do penetrador não afeta as leituras do sensor de carga. A capacidade de realizar testes de baixa carga em uma faixa de mais de 1 mm de percurso do penetrador torna nosso sistema único em comparação com outros sistemas de nanoindentação. Em comparação, uma distância razoável de viagem para um sistema de indentação em nanoescala é normalmente inferior a 250 μm.
Objetivo da medição
Neste estudo de caso, a Nanovea realizou testes de compressão em duas amostras flexíveis e dierentes, em forma de mola. Mostramos nossa capacidade de conduzir compressão com cargas muito baixas e registrar grandes deslocamentos ao mesmo tempo em que obtemos dados precisos com cargas baixas e como isto pode ser aplicado à indústria MEMS. Devido às políticas de privacidade, as amostras e sua origem não serão reveladas neste estudo.
Parâmetros de medição
Nota: A taxa de carga de 1 V/min é proporcional a aproximadamente 100μm de deslocamento quando o indentro está no ar.
Resultados e Discussão
A resposta da amostra às forças mecânicas pode ser vista nas curvas de carga vs. profundidade. A amostra A só exibe deformação elástica linear com os parâmetros de teste listados acima. A figura 2 é um grande exemplo da estabilidade que pode ser obtida para uma curva de carga vs. profundidade em 75μN. Devido à estabilidade dos sensores de carga e profundidade, seria fácil perceber qualquer resposta mecânica significativa a partir da amostra.
A amostra B exibe uma resposta mecânica diferente da amostra A. Passado 750μm de profundidade, comportamento semelhante à fratura no gráfico começa a aparecer. Isto é visto com as quedas bruscas de carga a 850 e 975μm de profundidade. Apesar de viajar a uma alta taxa de carga por mais de 1mm em uma faixa de 8mN, nossos sensores de carga e profundidade altamente sensíveis permitem que o usuário obtenha as curvas de carga elegante versus profundidade abaixo.
A rigidez foi calculada a partir da porção de descarga das curvas de carga vs profundidade. A rigidez reflete quanta força é necessária para deformar a amostra. Para este cálculo de rigidez, foi utilizada uma pseudo razão de Poisson de 0,3, uma vez que a razão real do material não é conhecida. Neste caso, a amostra B provou ser mais rígida do que a amostra A.
Conclusão
Duas amostras flexíveis diferentes foram testadas sob compressão usando o Nanovea Mechanical Tester's Nano Module. Os testes foram realizados com cargas muito baixas (1mm). Os testes de compressão em nano-escala com o Nano Module demonstraram a capacidade do módulo de testar amostras muito macias e flexíveis. Testes adicionais para este estudo poderiam abordar como a carga cíclica repetida afeta o aspecto de recuperação elástica das amostras tipo mola através da opção de carregamento múltiplo do Nanovea Mechanical Tester.
Para maiores informações sobre este método de teste, não hesite em nos contatar no endereço [email protected] e para notas de aplicação adicionais, por favor, navegue em nossa extensa biblioteca digital de Notas de Aplicação.
Referências
[1] "Introdução e Áreas de Aplicação para 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). "Microeletrromecânica e Nanotecnologia". Uma Plataforma para a Próxima Era Tecnológica do Stent". Vasc Endovascular Surg.46 (8): 605–609. doi:10.1177/1538574412462637. PMID 23047818.
[3] Hajati, Arman; Sang-Gook Kim (2011). "Colheita de energia piezoelétrica de largura de banda ultra-larga". Cartas Físicas Aplicadas. 99 (8): 083105. doi:10.1063/1.3629551.
[4] Fu, Haoran, et al. "Mesoestruturas 3D morfológicas e dispositivos microeletrônicos por meio de uma bucha multi-eletrônica". Materiais naturais 17,3 (2018): 268.
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Propriedades mecânicas dos revestimentos de pastilhas de carboneto de silício
A compreensão das propriedades mecânicas dos revestimentos de wafer de carboneto de silício é fundamental. O processo de fabricação de dispositivos microeletrônicos pode ter mais de 300 etapas de processamento diferentes e pode levar de seis a oito semanas. Durante este processo, o substrato do wafer deve ser capaz de suportar as condições extremas de fabricação, uma vez que uma falha em qualquer etapa resultaria na perda de tempo e dinheiro. Os testes de durezaA resistência à aderência/risco e a taxa de COF/desgaste do wafer devem atender a certos requisitos para sobreviver às condições impostas durante o processo de fabricação e aplicação para assegurar que uma falha não ocorrerá.
Propriedades mecânicas dos revestimentos de pastilhas de carboneto de silício
Propriedades Mecânicas e Tribológicas da Fibra de Carbono
Combinado com o teste de desgaste por Tribômetro e análise de superfície por Profilômetro 3D Óptico, nós
mostram a versatilidade e a precisão dos instrumentos Nanovea no teste de materiais compostos
com propriedades mecânicas direcionais.
Avaliação Biomecânica da Dureza do Tecido
A capacidade de medir com precisão propriedades mecânicas nas áreas de Ciências da Vida tornou-se recentemente um aspecto importante de muitos estudos atuais. Em alguns casos, a compreensão das propriedades mecânicas de superfícies biológicas macias ajudou a descobrir os efeitos mecânicos das doenças. A compreensão das propriedades mecânicas fornece um contexto para identificar o comportamento mecânico local ligado a mudanças específicas. Também é fundamental no desenvolvimento de biomateriais artificiais. Nesta aplicação, o Nanovea Testador Mecânico, em Nanoindentação é usado para estudar a dureza biomecânica e o módulo elástico de 3 áreas separadas de prosciutto (gordura, carne clara e carne escura).
Avaliação da dureza dos dentes utilizando a nanoindentação
Nesta aplicação, a Nanovea Testador Mecânico, em Nanoindentação é usado para estudar a dureza e o módulo elástico da dentina, cárie e polpa de um dente. O aspecto mais crítico com os testes de Nanoidentação é a fixação da amostra, aqui pegamos um dente fatiado e montado em epóxi, deixando as três áreas de interesse expostas para testes.
