水凝胶因其对水的超强吸收能力而闻名，它的灵活性与天然组织非常相似。这种相似性使水凝胶不仅成为生物材料的常见选择，而且也成为电子、环境和消费品应用的选择，如隐形眼镜。每个独特的应用都需要特定的水凝胶机械性能。
水凝胶为纳米压痕带来了独特的挑战，如测试参数的选择和样品的准备。许多纳米压痕系统有很大的局限性，因为它们最初的设计并不是用于 这种柔软的材料。一些纳米压痕系统使用一个线圈/磁铁组件在样品上施加力。没有实际的力的测量，导致在测试软质材料时出现不准确的和非线性的加载。 材料。确定接触点是非常困难的，因为 深度是唯一被实际测量的参数。几乎不可能观察到在 深度与时间 期间的情节 当压头尖端接近水凝胶材料时的一段时期。
为了克服这些系统的局限性，在 "纳米 "模块中的 NANOVEA 机械测试仪 使用单独的称重传感器测量力反馈，以确保所有类型的材料（软质或硬质）的高精度。压电控制的位移极其精确且快速。通过消除具有线圈/磁铁组件且无力反馈的系统必须考虑的许多理论假设，可以实现无与伦比的粘弹性测量。
测量目标
在这个应用中， NANOVEA 机械测试仪，在纳米压痕模式下，被用来研究水凝胶样品的硬度、弹性模量和蠕变。
NANOVEA
PB1000
用纳米压痕技术对放置在玻璃片上的水凝胶样品进行测试，使用的是 NANOVEA 机械测试仪。对于这种柔软的材料，使用了一个直径为3毫米的球形尖端。在加载期间，载荷从0.06到10 mN线性增加。然后通过在最大载荷10 mN下70秒的压痕深度的变化来测量蠕变。
接近速度。 100 μm/min
20 mN/min
载荷和深度随时间的变化如图所示 图1.可以观察到，在图上的 深度与时间因此，很难确定加载期开始时的斜率变化点，这通常可以作为压头开始接触软质材料的指示。然而，图中的 负载与时间 显示了水凝胶在外加载荷下的奇特行为。当水凝胶开始与球压头接触时，水凝胶由于其表面张力而拉动球压头，这往往会减少表面积。这种行为导致了在加载阶段开始时测量到的负载为负值。当压头沉入水凝胶时，载荷逐渐增加，然后控制在最大载荷10 mN的位置，持续70秒，以研究水凝胶的蠕变行为。
图1: 负荷和深度的演变是时间的一个函数。
的情节。 蠕变深度与时间的关系 显示在 图2，以及 负荷与位移的关系 纳米压痕测试的曲线图如图所示 图3.本研究中的水凝胶拥有16.9KPa的硬度和160.2KPa的杨氏模量，这是根据使用Oliver-Pharr方法的负载位移曲线计算出来的。
蠕变是研究水凝胶机械性能的一个重要因素。压电装置和超灵敏的称重传感器之间的闭环反馈控制确保了在最大载荷的蠕变时间内的真正恒定载荷。如图所示 图2在3毫米球头施加的10毫牛最大负荷下，水凝胶在70秒内因蠕变而消退~42微米。
图2: 在最大负荷为10 mN的情况下蠕动70秒。
图3: 水凝胶的负载与位移图。
在这项研究中，我们展示了 NANOVEA 机械测试仪在纳米压痕模式下，对水凝胶的机械性能包括硬度、杨氏模量和蠕变进行精确和可重复的测量。3毫米的大球头确保了与水凝胶表面的正确接触。高精度的电动样品台允许将水凝胶样品的平坦面准确地定位在球头下。本研究中的水凝胶表现出16.9KPa的硬度和160.2KPa的杨氏模量。在10mN的负载下，70秒的蠕变深度为~42μm。
NANOVEA 机械测试仪在一个平台上提供无可比拟的多功能纳米和微米模块。这两个模块包括划痕测试器、硬度测试器和磨损测试器模式，在一个单一的平台上提供最广泛和最友好的测试范围。
系统。
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