动态机械分析（DMA）是一种强大的技术，用于研究材料的机械性能。在这个应用中，我们重点分析了软木，一种广泛用于葡萄酒密封和老化过程的材料。软木，从亚栎树的树皮中获得，表现出独特的细胞结构，提供类似于合成聚合物的机械性能。在一个轴上，软木具有蜂窝状结构。其他两个轴的结构是多个类似矩形的棱镜。这使软木具有不同的机械性能，取决于被测试的方向。
软木塞的质量在很大程度上取决于其机械和物理特性，这对其在葡萄酒密封方面的有效性至关重要。决定软木塞质量的关键因素包括弹性、绝缘性、回弹力以及对气体和液体的不渗透性。通过利用动态机械分析（DMA）测试，我们可以定量评估软木塞的弹性和回弹特性，提供一个可靠的评估方法。
NANOVEA PB1000机械测试仪在 纳米压痕 DMA模式可以对这些特性进行表征，特别是杨氏模量、存储模量、损失模量和tan delta（tan（δ））。DMA测试还允许收集关于软木材料的相移、硬度、应力和应变的宝贵数据。通过这些综合分析，我们对软木塞的机械行为及其在葡萄酒密封应用中的适用性有了更深入的了解。
测量目标
在这项研究中，使用NANOVEA PB1000机械测试仪在纳米压痕模式下对四个软木塞进行动态机械分析（DMA）。软木塞的质量被标示为：1 - Flor, 2 - First, 3 - Colmated, 4 - Synthetic rubber.对每个软木塞在轴向和径向都进行了DMA压痕测试。通过分析软木塞的机械反应，我们旨在深入了解其动态行为，并评估其在不同方向上的性能。
NANOVEA
PB1000
| 最大力气 | 75 mN |
| 装载率 | 150 mN/min |
| 卸载率 | 150 mN/min |
| AMPLITUDE | 5 mN |
| 频度 | 1赫兹 |
| CREEP | 60 s |
压头类型
球类
51200钢
3毫米直径
在下面的表格和图表中，杨氏模量、储存模量、损失模量和tan delta在每个样品和方向之间进行了比较。
杨氏模量： Stiffness；高值表示stiff，低值表示flexible。
储存模数： 弹性反应；储存在材料中的能量。
损失模量： 粘性反应；由于热而损失的能量。
谭（δ）： 阻尼；高值表示更多的阻尼。
轴向
| 塞子 | 杨氏模量 | 存储模量 | 亏损模式 | TAN |
| # | (MPa) | (MPa) | (MPa) | (δ) |
| 1 | 22.5675 | 22.27209 | 3.624947 | 0.162964 |
| 2 | 18.54664 | 18.27153 | 3.162349 | 0.17409 |
| 3 | 23.75381 | 23.47267 | 3.617819 | 0.154592 |
| 4 | 23.6972 | 23.58064 | 2.347008 | 0.099539 |
辐射方向
| 塞子 | 杨氏模量 | 存储模量 | 亏损模式 | TAN |
| # | (MPa) | (MPa) | (MPa) | (δ) |
| 1 | 24.78863 | 24.56542 | 3.308224 | 0.134865 |
| 2 | 26.66614 | 26.31739 | 4.286216 | 0.163006 |
| 3 | 44.07867 | 43.61426 | 6.365979 | 0.146033 |
| 4 | 28.04751 | 27.94148 | 2.435978 | 0.087173 |
杨氏模量
存储模量
亏损模式
TAN DELTA
在软木塞之间，在轴向测试时，杨氏模量差别不大。只有塞子#2和#3在径向和轴向之间的杨氏模量有明显差异。因此，储能模量和损耗模量在径向方向上也将高于轴向方向。塞子#4显示出与天然软木塞类似的特性，除了损失模量。这相当有趣，因为这意味着天然软木塞比合成橡胶材料具有更高的粘性。
纳诺维娅 机械测试仪 在纳米划痕测试仪模式下，可以模拟许多现实生活中油漆涂层和硬质涂层的故障。通过以受控和密切监控的方式施加不断增加的负载，该仪器可以识别发生负载故障的情况。然后可以将其用作确定耐刮擦性定量值的方法。测试的涂层没有风化，已知在约 22 mN 时出现第一道裂纹。值接近 5 mN，很明显，7 年一圈已经使油漆退化。
对原始轮廓进行补偿，可以获得划痕期间的修正深度，也可以测量划痕后的残留深度。这就提供了关于涂层在增加载荷下的塑性与弹性行为的额外信息。裂纹和变形的信息对改善硬涂层都有很大的作用。非常小的标准偏差也显示了该仪器技术的可重复性，这可以帮助制造商提高他们的硬涂层/涂料的质量，并研究风化的影响。
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。
标准维氏显微硬度计的可用载荷范围为10至2000克力（gf）。标准维氏宏观硬度计的载荷范围为1至50Kgf。这些仪器不仅在载荷范围上非常有限，而且在处理较粗糙的表面或低载荷时也不准确，因为压痕太小，无法用肉眼测量。这些限制是旧技术所固有的，因此，由于仪器压痕所带来的更高的准确性和性能，它正成为标准选择。
与 NANOVEA世界领先的微型机械测试系统，维氏硬度是根据深度与载荷数据自动计算出来的，在单个模块上的载荷范围是迄今为止最宽的（0.3克到2公斤或6克到40公斤）。由于它是通过深度与载荷曲线来测量硬度，NANOVEA微模块可以测量任何类型的材料，包括非常有弹性的材料。它不仅可以提供维氏硬度，还可以提供精确的弹性模量和蠕变数据，此外还可以提供其他类型的测试，如划痕附着力测试、磨损、疲劳测试、屈服强度和断裂韧性，以获得完整的质量控制数据。
在本应用说明中，将解释Micro Module如何被设计为提供世界领先的仪器压痕和划痕测试。Micro Module的宽范围测试能力是许多应用的理想选择。例如，载荷范围允许对薄的硬涂层进行准确的硬度和弹性模量测量，然后可以应用更高的载荷来测量这些相同涂层的附着力。
测试条件
一系列（3×4，共12个压痕）的微压痕是用维氏压头在一个标准的钢铁样品上进行的。测量并记录了整个压痕测试周期的载荷和深度。在不同的最大负载下进行压痕，范围从0.03N到200N（0.0031到20.4kgf），以展示微型模块在不同负载下进行精确压痕测试的能力。值得注意的是，还可以选择20N的称重传感器，为从0.3gf到2kgf的低负载范围内的测试提供10倍的分辨率。
使用微型模块进行了两次划痕测试，载荷分别从0.01N到200N和从0.01N到0.5N线性增加，使用尖端半径为500μm和20μm的圆锥型金刚石测针。
二十 显微压痕 在4N的条件下对钢的标准样品进行了测试，展示了微模块结果的卓越可重复性，与传统的维氏硬度计的性能形成鲜明对比。
*在钢样上用微探针测量
的缩进映射
绘制地图。 3 BY 4 INDENTS
结果和讨论
新的微型模块有一个独特的组合，即Z型电机、高力负荷传感器和一个高精度电容式深度传感器。对独立的深度和负载传感器的独特利用确保了在所有条件下的高精确度。
传统的维氏硬度测试使用以钻石为基础的金字塔压头，形成方形压痕。通过测量对角线的平均长度d，可以计算出维氏硬度。
相比较而言，美国国家航空航天局所使用的仪器压痕技术 NANOVEA微模块直接测量压痕载荷和位移测量的机械性能。不需要对压痕进行视觉观察。这消除了用户或计算机在确定压痕的d值时的图像处理误差。高精度的电容式深度传感器具有0.3纳米的极低噪音水平，可以准确测量传统维氏硬度计难以或无法在显微镜下目测的压痕深度。
此外，竞争者使用的悬臂技术通过弹簧在悬臂梁上施加法向载荷，而这一载荷反过来又作用于压头。这样的设计在施加高负荷时有一个缺陷--悬臂梁不能提供足够的结构刚度，导致悬臂梁的变形，进而导致压头的错位。相比之下，微型模块通过作用在称重传感器上的Z型电机施加法向载荷，然后由压头直接施加载荷。所有的元素都是垂直排列的，以达到最大的刚度，确保在整个负载范围内可重复和准确的压痕和划痕测量。
新的微型模块的特写视图
压痕图的图像显示在图1中。10N以上的两个相邻压痕之间的距离是0.5毫米，而在较低的载荷下的距离是0.25毫米。样品台的高精度位置控制使用户可以选择目标位置进行机械性能测绘。由于微型模块的部件垂直排列而具有出色的刚度，维氏压头在高达200N（可选400N）的载荷下穿入钢样时保持完美的垂直方向。这在不同的载荷下，在样品表面形成了对称的方形印象。
如图2所示，显微镜下不同载荷下的单个压痕与两个划痕一起显示，以展示新的微型模块在广泛的载荷范围内以高精度进行压痕和划痕测试的能力。如正常载荷与划痕长度图所示，当圆锥球形金刚石测针在钢样表面滑动时，正常载荷呈线性增长。它创造了一个平滑的直线划痕，宽度和深度逐渐增加。
图1: 缩进图
使用微型模块进行了两次划痕测试，载荷分别从0.01N到200N和从0.01N到0.5N线性增加，使用尖端半径为500μm和20μm的圆锥型金刚石测针。
在4N的条件下对钢铁标准样品进行了20次微压痕测试，展示了微模块结果的卓越可重复性，与传统的维氏硬度计的性能形成对比。
a: 显微镜下的压痕和划痕（360x）。
b：显微镜下的压痕和划痕（3000倍）。
图2: 不同最大载荷下的载荷与位移图。
不同最大载荷下的压痕过程中的载荷-位移曲线如图所示 图3. 硬度和弹性模量的总结和比较见图4。在整个测试载荷范围从0.03到200N（可能范围为0.003到400N）的过程中，钢样表现出恒定的弹性模量，导致平均值为~211GPa。硬度表现出一个相对恒定的值，即在100N以上的最大载荷下测得的~6.5GPa。随着载荷降低到2至10N的范围，测得的平均硬度为~9GPa。
图3: 不同最大载荷下的载荷与位移图。
图4: 通过不同的最大载荷测量钢样的硬度和杨氏模量。
在4N最大载荷下进行了20次微压痕测试。负载-位移曲线显示在 图5 所得的维氏硬度和杨氏模量如图所示。 图6.
图5: 4N下的微压痕测试的载荷-位移曲线。
图6: 在4N条件下，20个微压痕的维氏硬度和杨氏模量。
负载-位移曲线显示了新的微型模块的卓越可重复性。新的微型模块测量的钢标准件的维氏硬度为842±11HV，而使用传统的维氏硬度计测量的维氏硬度为817±18HV。硬度测量的标准偏差小，确保了在工业部门和学术研究领域的材料研发和质量控制中对机械性能进行可靠和可重复的表征。
此外，根据载荷-位移曲线计算出的杨氏模量为208±5 GPa，由于压痕过程中缺少深度测量，传统的维氏硬度计无法获得这一数据。随着载荷的降低和压痕尺寸的减小，杨氏模量也随之降低。 NANOVEA 与维氏硬度计相比，微模块在重复性方面的优势越来越大，直到不再可能通过目视检查来测量压痕。
在处理较粗糙或在维氏硬度计提供的标准显微镜下较难观察的样品时，测量深度来计算硬度的优势也变得很明显。
在这项研究中，我们展示了新的世界领先的NANOVEA微模块（200 N范围）是如何在0.03到200 N（3 gf到20.4 kgf）的宽负荷范围内进行无与伦比的可重复的和精确的压痕和划痕测量。一个可选的低量程微模块可以提供从0.003到20N（0.3gf到2kgf）的测试。Z型电机、高力称重传感器和深度传感器的独特垂直排列确保了测量过程中最大的结构刚度。在不同载荷下测量的压痕在样品表面都具有对称的方形形状。在最大载荷为200N的划痕测试中，产生了一条宽度和深度逐渐增加的直线划痕轨迹。
新的微型模块可以配置在PB1000（150 x 200毫米）或CB500（100 x 50毫米）的机械基座上，具有Z型机动化（50毫米范围）。结合强大的摄像系统（位置精度为0.2微米），这些系统提供了市场上最好的自动化和制图能力。NANOVEA还提供了一个独特的专利功能（EP No. 30761530），通过在整个负载范围内进行一次缩进，可以验证和校准维氏缩进器。相比之下，标准的维氏硬度计只能提供一种载荷下的校准。
此外，如果需要，NANOVEA软件使用户能够通过测量压痕对角线的传统方法来测量维氏硬度（针对ASTM E92和E384）。如本文所示，与传统的硬度计相比，由NANOVEA微模块进行的深度与载荷硬度测试（ASTM E2546和ISO 14577）是精确和可重复的。特别是对于那些不能用显微镜观察/测量的样品。
总之，微模块设计的更高精确度和可重复性，以及其广泛的负载和测试范围、高度自动化和绘图选项，使传统的维氏硬度计过时。但同样地，目前仍在提供的划痕和微划痕测试仪也是如此，但在20世纪80年代的设计中存在缺陷。
这种技术的不断发展和改进使NANOVEA成为微观机械测试的世界领导者。
利用纳米压痕对多相材料的冶金学研究
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冶金学研究金属元素的物理和化学行为，以及它们的金属间化合物和合金。经历了铸造、锻造、轧制、挤压和机械加工等加工过程的金属，在其相位、微观结构和纹理方面经历了变化。这些变化导致了不同的物理特性，包括材料的硬度、强度、韧性、延展性和耐磨性。金相学经常被用来了解这种特定相、微观结构和纹理的形成机制。
先进材料通常具有特殊微观结构和纹理的多个相，以实现工业实践中目标应用的理想机械性能。 纳米压痕 广泛应用于测量小尺度的材料的机械行为 i ii. 然而，在一个非常小的区域内精确选择特定的压痕位置是具有挑战性和耗时的。我们需要一个可靠的和用户友好的纳米压痕测试程序，以确定材料不同阶段的机械性能，并进行高精度和及时的测量。
测量目标
在这个应用中，我们使用最强大的机械测试仪：NANOVEA PB1000来测量一个多相冶金样品的机械性能。
在这里，我们展示了PB1000在使用我们的高级位置控制器对大型样品表面的多个阶段（晶粒）进行高精度和用户友好的纳米压痕测量的能力。
NANOVEA
PB1000
在这项研究中，我们使用了一个具有多相的冶金样品。在进行压痕测试之前，该样品已被抛光至镜面效果。在样品中确定了四个阶段，即第1阶段、第2阶段、第3阶段和第4阶段，如下所示。
高级平台控制器是一个直观的样品导航工具，它可以根据鼠标的位置自动调整光学显微镜下的样品移动速度。鼠标离视野中心越远，平台向鼠标的方向移动的速度就越快。这提供了一种用户友好的方法来浏览整个样品表面并选择预定的位置进行机械测试。测试位置的坐标被保存和编号，以及它们各自的测试设置，如载荷、加载/卸载速率、地图中的测试数量等。这样的测试程序使用户可以在一个大的样品表面检查出特定的压痕感兴趣的区域，并在不同的位置一次性进行所有的压痕测试，使其成为对具有多个阶段的冶金样品进行机械测试的理想工具。
在这项研究中，我们在光学显微镜下定位了样品的特定相位，并将其整合在一起。 NANOVEA 机械测试仪上的编号 图1.所选位置的坐标被保存下来，然后在下面总结的测试条件下一次性进行自动纳米压痕测试
下面显示的是样品不同阶段的压痕。我们证明了样品台的出色位置控制在 NANOVEA 机械测试仪 允许用户精确定位机械性能测试的目标位置。
压痕的代表性载荷-位移曲线如图所示。 图2，以及用Oliver和Pharr方法计算的相应硬度和杨氏模量iii 中进行了总结和比较。 图3.
ǞǞǞ 第1、2、3阶段 和 4 拥有的平均硬度分别为~5.4、19.6、16.2和7.2 GPa。相对较小的尺寸为 第2阶段 导致其硬度和杨氏模量值的标准偏差更高。
图3: 不同阶段的硬度和杨氏模量
在这项研究中，我们展示了NANOVEA机械测试仪使用高级平台控制器对一个大型冶金样品的多个阶段进行纳米压痕测量。精确的位置控制使用户能够轻松地浏览大型样品表面，直接选择感兴趣的区域进行纳米压痕测量。
所有压痕的位置坐标被保存，然后连续进行。这样的测试程序使得在小范围内的局部机械性能的测量，例如本研究中的多相金属样品，大大减少了时间和用户友好。硬质相2、3和4改善了样品的机械性能，分别拥有约19.6、16.2和7.2GPa的平均硬度，而硬质相1则为约5.4GPa。
该仪器的纳米、微观或宏观模块都包括符合ISO和ASTM标准的压痕、划痕和磨损测试仪模式，在一个系统中提供了最广泛和最方便的测试范围。NANOVEA无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部机械性能的理想解决方案，包括硬度、杨氏模量、断裂韧性、附着力、耐磨性和许多其他性能。
i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., 《材料研究杂志》，第19卷，第1期，2004年1月，第3-20页。
ii Schuh, C.A., 《今日材料》，第9卷，第5期，2006年5月，第32-40页。
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., 《材料研究杂志》，第7卷第6期，1992年6月，第1564-1583页
应力的变化频率通常会导致复数模量的变化，而复数模量是聚合物的关键机械性能。例如，当车辆在道路上行驶时，轮胎会遭受周期性的高变形。当汽车加速到更高的速度时，压力和变形的频率会发生变化。这种变化会导致轮胎粘弹性特性的变化，而轮胎粘弹性特性是汽车性能的重要因素。需要对不同频率下聚合物的粘弹性行为进行可靠且可重复的测试。 NANOVEA 的 Nano 模块 机械测试仪 通过高精度压电执行器产生正弦负载，并使用超灵敏称重传感器和电容器直接测量力和位移的演变。简单的设置和高精度的结合使其成为动态机械分析频率扫描的理想工具。
粘弹性材料在经历变形时同时表现出粘性和弹性特征。高分子材料中的长分子链促成了其独特的粘弹性能，即结合了弹性固体和牛顿流体的特性。应力、温度、频率和其他因素都对粘弹性能起作用。动态机械分析，也被称为DMA，通过施加正弦波应力和测量应变的变化来研究材料的粘弹性行为和复合模量。
在最大载荷下的动态机械分析频率扫描可以在一次测试中快速简单地测量样品在不同载荷频率下的粘弹性能。不同频率下的载荷和位移波的相移和振幅可以用来计算各种基本的材料粘弹性能，包括 储存模数, 损耗模数 和 谭 (δ) 正如以下图表所总结的那样。
在本研究中，1、5、10和20赫兹的频率对应于每小时约7、33、67和134公里的速度。随着测试频率从0.1到20赫兹的增加，可以观察到存储模量和损失模量都在逐渐增加。当频率从0.1增加到1赫兹时，Tan（δ）从~0.27下降到0.18，然后在达到20赫兹的频率时，它逐渐增加到~0.55。DMA扫频可以测量储存模量、损失模量和Tan (δ)的趋势，这提供了关于单体运动和交联以及聚合物的玻璃转变的信息。通过在扫频过程中使用加热板提高温度，可以获得不同测试条件下分子运动性质的更完整的图像。
在这项研究中，我们展示了NANOVEA机械测试仪在轮胎样品上进行动态机械分析频率扫描测试的能力。该测试测量了轮胎在不同频率的应力下的粘弹性能。随着加载频率从0.1到20赫兹的增加，轮胎显示出储存和损失模量的增加。它提供了关于轮胎在不同速度下运行的粘弹性行为的有用信息，这对于提高轮胎的性能以实现更平稳、更安全的骑行至关重要。DMA扫频试验可以在不同的温度下进行，以模拟轮胎在不同天气下的真实工作环境。
在NANOVEA机械测试仪的纳米模块中，快速压电的负载应用与单独的高灵敏度应变计的负载测量是独立的。这在动态机械分析中具有明显的优势，因为深度和载荷之间的相位是直接从传感器收集的数据中测量的。相位的计算是直接的，不需要进行数学建模，因为数学建模会增加所产生的损失和存储模量的不精确性。而基于线圈的系统则不是这样。
总之，DMA测量损耗和存储模量、复合模量和Tan（δ）作为接触深度、时间和频率的函数。可选的加热阶段允许在DMA期间测定材料的相变温度。NANOVEA机械测试仪在一个平台上提供无与伦比的多功能纳米和微米模块。纳米和微米模块都包括划痕测试器、硬度测试器和磨损测试器模式，在单个模块上提供了最广泛和最友好的测试范围。
在开发和改进今天看到的新的和现有的微粒子和微特征（支柱和球体）方面，压缩强度已经成为质量控制测量的关键。微粒子有各种形状和大小，可以由陶瓷、玻璃、聚合物和金属开发。其用途包括药物输送、食品增味、混凝土配方等诸多方面。控制微粒子或微特征的机械性能是其成功的关键，需要有能力定量地描述其机械完整性
标准的抗压测量仪器不能承受低负荷，不能提供足够的 微粒子的深度数据。通过使用纳米或 显微压痕在这种情况下，纳米或微粒子（软或硬）的压缩强度可以被准确和精确地测量。
测量目标
在本应用说明中，我们测量了 含有 "盐 "的压缩强度 的 NANOVEA机械测试仪 在微压痕模式下。
NANOVEA
CB500
粒子1和粒子2的高度、破坏力和强度
颗粒失效被确定为力与深度曲线的初始斜率开始明显下降的点。这种行为表明材料已经达到了屈服点，不再能够抵抗所施加的压缩力。一旦超过了屈服点，压痕深度开始在加载期间呈指数级增长。这些行为可以在下面看到 载荷与深度的关系曲线 两个样本都是如此。
综上所述，我们已经说明了如何 NANOVEA 机械测试仪 在微压痕模式下，是对微粒子进行压缩强度测试的一个重要工具。尽管测试的颗粒是由相同的材料制成的，但我们怀疑本研究中测得的不同的失效点可能是由于颗粒中预先存在的微裂缝和不同的颗粒尺寸造成的。应该注意的是，对于脆性材料，声发射传感器可以在测试中测量裂纹扩展的开始。
ǞǞǞ NANOVEA 机械测试仪 提供的深度位移分辨率低至亚纳米级。
这使得它也成为研究非常脆弱的微观粒子或特征的伟大工具。对于柔软和易碎的
使用我们的纳米压痕模块，可以实现低至0.1mN的负载。
纳米压痕 已成为一种广泛应用的小尺度材料机械行为测量技术i ii。纳米压痕测量的高分辨率载荷-位移曲线可以提供各种物理机械特性，包括硬度、杨氏模量、蠕变、断裂韧性等。
快速映射缩进的重要性
纳米压痕技术进一步普及的一个重要瓶颈是时间消耗。通过传统纳米压痕程序绘制机械性能图很容易花费数小时，这阻碍了该技术在大规模生产行业的应用，例如半导体、航空航天、MEMS、瓷砖等消费产品等。
事实证明，快速映射在瓷砖制造行业中至关重要，单个瓷砖上的硬度和杨氏模量映射可以提供表明表面均匀程度的数据分布。可以在此映射中勾勒出瓷砖上较软的区域，并显示更容易因某人住宅中每天发生的物理影响而发生故障的位置。可以在不同类型的瓷砖上进行映射以进行比较研究，并在一批相似的瓷砖上进行映射以测量质量控制过程中瓷砖的一致性。通过快速映射方法，测量设置的组合可以是广泛的、准确且高效的。
在这项研究中，Nanovea 机械测试仪，在 FastMap 模式下用于高速绘制地砖的机械属性。我们展示了 Nanovea 机械测试仪以高精度和可重复性执行两次快速纳米压痕测绘的能力。
测试条件
Nanovea 机械测试仪用于使用 Berkovich 压头以 FastMap 模式在地砖上执行一系列纳米压痕。下面总结了所创建的两个缩进矩阵的测试参数。
625 凹痕矩阵在 0.20mm 上进行2 存在大的可见颗粒的区域。该颗粒（图 2）的平均硬度低于瓷砖的整体表面。 Nanovea Mechanical 软件允许用户查看 2D 和 3D 模式下的硬度分布图，如图 1 所示。利用样品台的高精度位置控制，该软件允许用户深入定位此类区域机械特性映射。
还在同一块瓷砖上创建了 1600 凹痕矩阵来测量表面的均匀性。在这里，用户再次能够看到 3D 或 2D 模式下的硬度分布（图 3）以及凹痕表面的显微镜图像。根据给出的硬度分布，可以得出结论，由于高硬度和低硬度数据点的均匀分散，该材料是多孔的。
与传统的纳米压痕程序相比，本研究中的 FastMap 模式显着减少了耗时且更具成本效益。它能够快速定量绘制硬度和杨氏模量等机械特性，并提供晶粒检测和材料一致性的解决方案，这对于批量生产中各种材料的质量控制至关重要。
在这项研究中，我们展示了 Nanovea Mechanical Tester 使用 FastMap 模式执行快速、精确的纳米压痕绘图的能力。瓷砖上的机械特性图利用平台的位置控制（精度为 0.2μm）和力模块灵敏度来高速检测表面颗粒并测量表面的均匀性。
本研究中使用的测试参数是根据基体和样品材料的尺寸确定的。可以选择多种测试参数，将总压痕周期时间优化为每个压痕 3 秒（或每 10 个压痕 30 秒）。
Nanovea 机械测试仪的纳米和微米模块均包括符合 ISO 和 ASTM 的压痕、划痕和磨损测试仪模式，可在单个系统中提供最广泛、最用户友好的测试范围。 Nanovea 无与伦比的系列是测定薄或厚、软或硬涂层、薄膜和基材的全方位机械性能的理想解决方案，包括硬度、杨氏模量、断裂韧性、附着力、耐磨性等。
此外，除了粗糙度等其他表面测量之外，可选的 3D 非接触式轮廓仪和 AFM 模块还可用于压痕、划痕和磨损轨迹的高分辨率 3D 成像。
作者：Duanjie Li，博士 由 Pierre Leroux 和 Jocelyn Esparza 修订
微压痕研究和质量控制
岩石力学是研究岩体的机械行为，应用于采矿、钻探、水库生产和民用建筑行业。先进的仪器对机械性能的精确测量使这些行业的零件和程序得以改进。通过了解微观尺度的岩石力学，可以确保成功的质量控制程序。
测量目标
在此应用中，Nanovea 机械测试器 测量矿物岩石样品的维氏硬度 (Hv)、杨氏模量和断裂韧性。该岩石由黑云母、长石和石英组成，形成标准的花岗岩复合材料。每个都单独测试。
结果和讨论
本节包括一个汇总表，对不同样品的主要数值结果进行比较，然后是完整的结果列表，包括所进行的每一个压痕，如果有的话，还附有压痕的显微照片。这些完整的结果显示了硬度和杨氏模量的测量值，以及穿透深度（Δd）的平均值和标准偏差。应该考虑到，在表面粗糙度与压痕大小相同的情况下，结果会出现较大的变化。
硬度和断裂韧性的主要数值结果汇总表
结论
Nanovea机械测试仪在矿物岩石的坚硬表面展示了可重复性和精确的压痕结果。形成花岗岩的每种材料的硬度和杨氏模量是直接从深度与载荷的曲线上测量的。粗糙的表面意味着在更高的载荷下进行测试，可能会引起微裂纹。微裂纹可以解释测量中看到的一些变化。由于样品表面粗糙，通过标准的显微镜观察，裂缝是无法察觉的。因此，不可能计算出需要测量裂纹长度的传统断裂韧度数字。相反，我们使用该系统在增加载荷的同时，通过深度与载荷曲线的位错来检测裂纹的起始。
断裂阈值载荷被报告在发生故障的载荷处。与简单测量裂纹长度的传统断裂韧性测试不同，获得的是阈值断裂开始时的载荷。此外，受控和密切监测的环境允许测量硬度，以作为比较各种样品的定量值。
传统的力学测试(硬度、粘附、压缩、穿刺、屈服强度等)在今天的质量控制环境中要求更高的精度和可靠性，包括从组织到脆性材料的各种先进材料。传统的机械仪表无法提供先进材料所需的灵敏负载控制和分辨率。与生物材料相关的挑战要求开发能够对极软材料进行精确负载控制的力学测试。这些材料需要非常低的次mN测试负载和大的深度范围，以确保适当的性能测量。此外，许多不同的机械测试类型可以在一个单一的系统上执行，允许更大的功能。这为生物材料提供了一系列重要的测量，包括硬度、弹性模量、损耗和存储模量、蠕变以及抗划伤性和屈服强度失效点。
测量目标
在本应用中，Nanovea的机械试验机在纳米压痕模式下，研究了一种生物材料替代品在火腿的脂肪、浅肉和暗肉区域上的硬度和弹性模量。
纳米压痕是基于压痕标准ASTM E2546和ISO 14577。它使用既定的方法，将已知几何形状的压头打入测试材料的特定部位，并控制增加法向载荷。当达到预先设定的最大深度时，法向载荷会减少，直到发生完全松弛。负载由压电致动器施加，并在一个受控的循环中用高灵敏度的称重传感器测量。在实验过程中，压头相对于样品表面的位置由一个高精度的电容式传感器监测。由此产生的负载和位移曲线提供了与被测材料的机械性质相关的数据。已建立的模型通过测量数据计算出定量的硬度和模量值。纳米压痕适用于纳米尺度的低负荷和穿透深度测量。
结果和讨论
下表给出了硬度和杨氏模量的实测值，并附有平均值和标准差。由于压痕尺寸小，高表面粗糙度可能导致结果的大变化。
脂肪区的硬度约为肉区的一半。肉类处理使深色的肉区比浅色的肉区更硬。弹性模量和硬度与脂肪和肉区的口感咀嚼度有直接关系。60秒后，脂肪和浅色肉区的蠕动继续率高于深色肉区。
详细结果-脂肪
详细结果-浅色肉
详细结果-深色肉
总结
在此应用中，Nanovea 的 机械测试器 在纳米压痕模式下，可以可靠地确定脂肪和肉类区域的机械特性，同时克服样品表面粗糙度较高的问题。这证明了 Nanovea 机械测试仪的广泛且无与伦比的功能。该系统同时对极硬的材料和软的生物组织提供精确的机械性能测量。
与压电台闭环控制的负载传感器确保了对1至5kPa的硬或软凝胶材料的精确测量。使用同一系统，可以在更高的负荷下测试生物材料，最高可达400N。多周期加载可用于疲劳测试，使用平坦的圆柱形金刚石尖端可获得每个区域的屈服强度信息。此外，通过动态机械分析（DMA），利用闭环载荷控制，可以高精度地评估粘弹性能损失和储存模量。在同一系统上还可以进行各种温度和液体下的测试。
Nanovea的机械测试仪继续是生物和软聚合物/凝胶应用的最佳测试仪器。
纳米压痕对生物材料的重要性
对于许多传统的机械测试（硬度、附着力、压缩、穿刺、屈服强度等），今天的质量控制环境中的高级敏感材料，从凝胶到脆性材料，现在需要更高的精度和可靠性控制。传统的机械仪器无法提供所需的敏感负载控制和分辨率；设计用于散装材料。随着被测试材料的尺寸变得更加令人关注，开发了 纳米压痕 提供了一种可靠的方法来获取较小表面的基本机械信息，如正在进行的生物材料研究。与生物材料特别相关的挑战要求开发能够对极软至脆性材料进行精确负载控制的机械测试。另外，需要多种仪器来进行各种机械测试，现在可以在一个系统上进行。纳米压痕提供了一个广泛的测量范围，在纳米控制的负载下具有精确的分辨率，用于敏感的应用。
测量目标
在这个应用中，Nanovea 机械测试仪，在纳米压痕模式下，用于研究牙齿的牙本质、腐烂物和牙髓的硬度和弹性模量。纳米压痕测试最关键的方面是固定样品，在这里我们采用了切片牙齿并安装了环氧树脂，使所有三个感兴趣的区域都暴露出来进行测试。
结果和讨论
本节包括一个汇总表，对不同样品的主要数值结果进行了比较，然后是完整的结果列表，包括所进行的每一个压痕，如果有的话，还附有压痕的显微照片。这些完整的结果显示了硬度和杨氏模量的测量值，以及它们的平均数和标准偏差。应该考虑到，在表面粗糙度与压痕大小相同的情况下，结果会出现较大的变化。
主要数字结果的汇总表。
总结
总之，我们已经展示了Nanovea机械测试仪在纳米压痕模式下是如何对牙齿的机械性能进行精确测量的。这些数据可用于开发更符合真实牙齿机械特性的填充物。Nanovea机械测试仪的定位能力允许全面绘制牙齿各区域的硬度图。
使用同一系统，可以在高达200N的较高载荷下测试牙齿材料的断裂韧性。多周期加载试验可用于更多的多孔材料，以评估剩余的弹性水平。使用平坦的圆柱形金刚石尖端可以给出每个区域的屈服强度信息。此外，使用DMA "动态机械分析"，可以评估粘弹性能，包括损失和储存模量。
Nanovea纳米模块是这些测试的理想选择，因为它使用一个独特的反馈响应来精确控制所施加的负载。正因为如此，纳米模块也可以用来做精确的纳米划痕测试。研究牙齿材料和填充材料的耐刮擦性和耐磨性，增加了机械测试仪的整体实用性。使用锋利的2微米尖端来定量比较填充材料上的划痕，可以更好地预测实际应用中的行为。多次磨损或直接旋转磨损测试也是常见的测试，提供了关于长期生存能力的重要信息。
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