Nanomechanical Testa av Polymeric Material genom att använda det Nanotest Systemet - Applikationen Noterar vid MikroMaterial

 

Täckte Ämnen

Inledning
Den NanoTest Fördelen för att Testa för Polymer
NanoTest Kapacitet
Stabilitet på Hög Temperatur
Högstämt TemperaturNanoindentation Testa
Hög hastighet KickExakthet
Dynamiskt Mekaniskt Testa för Överensstämmelse
Fluid Cell
att Testa på Kicken Anstränger Klassar
Nano-Skrapa och Nanowear Testa
Specifikationer
mycket varmt Testa
Dynamisk Överensstämmelse som Testar Enheten
Den Fluid Cellen Paketerar
Kicken Anstränger Klassar: Nano-Få effekt att Testa
Testa för Nano-Scratch/Nanowear
Tack till personer

Inledning

Termisk stabilitet av testa instrumenterar är nyckel- till meningsfulla mätningar av den viscoelastic rekvisitan av Time-anhörigen material. På rumstemperaturen är den termiska drivan av NanoTesten mycket låg, typisk en beställa av storlek mindre än några andra reklamfilmsystem.

Den NanoTest Fördelen för att Testa för Polymer

NanoTest erbjuder efter fördelarna för att testa för polymer

  • Högst upplösningsmätningar
  • Böjlighet av designen och termisk stabilitet
  • Minsta termisk driva även på högstämda temperaturer
  • Ultra-Kicken anstränger klassar testar
  • Testar i den fluid miljön

NanoTest Kapacitet

Kapaciteter av NanoTest inkluderar:

  • Viscoelastic rekvisita
  • Nanotribology
  • Högstämd temperaturnanoindentation
  • Testa i den fluid miljön
  • Ultra-Kicken anstränger klassar att testa
  • Ultra-Lågt ladda testar
  • Nano-Fjäll tröttar ut att testa

Stabilitet på Hög Temperatur

Högstämt TemperaturNanoindentation Testa

Den NanoTest fördelen blir mer uttalad, när den testar på högstämda temperaturer. Denna är tack vare den unika designen för högstämt testa för temperatur, som relies på separat uppvärmning (och aktivtemperatur kontrollera) av både sonden, och tar prov att se till att inga värmer flöde uppstår under den processaa inryckningen.

NanoTesten är unik i denna isothermal kontakt. Som inte viktig termisk driva uppstår under högstämda temperaturmätningar som det blir möjligheten som ska utföras, testar observerar lång-varaktighet - liksom inryckningsäckel testar - på högstämda temperaturer och hur rekvisitan av polymeric materialändring, som de går till och med temperaturen för den glass övergången. Detta kan göras i ett fullständigt automatiserat tillvägagångssätt på ett mer lokalfjäll och på thinner filmar än vid andra metoder liksom DMA.

Lokaliserade att närma sig möjliggör mer foruppvärmning/att kyla, än, genom att värma det helt, ta prov kammaren, och, så termisk historia/recrystallisation bearbetar kan nu vara utstuderade specificerar in på nanoscalen.

Figurera 1. Schematiskt av NanoTest hoade arrangerar separat spets för visning och tar prov värmeapparater, figurerar artighet av AJ Muir Trä, Universitetar av Cambridge

Som ett exempel har NanoTesten den höjde temperaturen som testar kapacitet, varit van vid bestämmer variationen i mekanisk rekvisita med temperatur av en spänna av HUSDJURET filmar med olik bearbeta historia och crystallinity. Figurera 2 shows som uppförandet av ett amorphous (non-värma uppsättningen) tar prov.

Figurera 2. Variationen i (lämnat) nanoindentationuppförande och (över) äckelöverensstämmelse med testar temperatur över ¡ ãCen för spänna 60-110 för ett amorphous ÄLSKLINGS- tunt filmar

Den nanomechanical rekvisitan av filma på 60°C var faktiskt samma som på rumstemperaturen. Ovanför 60°C observerades klara ändringar i inryckningssvar. En korminskning i mekanisk rekvisita sågs mellan 70°C, och 80°C som är jämna med närvaroen av en glass övergång över denna temperatur, spänner överens med litteratur värderar för bulk material. En mer ytterligare förhöjning i Time-anhörig deformering och tappar i styvhet uppstod på ökande temperaturen till 90°C. På 110°C var en dramatisk förbättring i mekanisk rekvisita observerat jämnt med kall recrystallization.

Hög hastighet KickExakthet

Combinatorial testa är fastar passande en populär ny rutt in mot att producera nya material med intressant och oväntad rekvisita. Ganska än pröva att iscensätta göra perfekt material, i ett combinatorial att närma sig, många hundreds, eller mer göras på det små fjäll.

Forskare på MIT har använt NanoTesten för att testa rekvisitan av polymeric material var varje som var materiell, hade en olik kombination av 2 olika monomers. Inom 24 timmar av som var automatiserat att testa (i en fortlöpande körning för singel) hade kunde de data på varje polymer i en samling för 576 beståndsdel och kartlägga verkställer av %na av varje monomer på rekvisitan av det materiellt. Denna automatiserade analys av ett stort arkiv av acrylate-baserade material visade en spänna av mekanisk rekvisita som påverkades av sammansättning i oväntad väg.

Författarna noterade att frånvaroen av den piezocrystal aktiveringen i ladda inramar aktiveringen (gåva i några andra nanoindentationsystem) resulterade i det högt stabilt inramar överensstämmelse och laddar/förskjutning signalerar nödvändigt.

Dynamiskt Mekaniskt Testa för Överensstämmelse

NanoTest den dynamiska överensstämmelsen som testar enheten, inkluderar a låsa-i förstärkaren och tar prov svängningssystemet för att vibrera en ta prov och för att låta överensstämmelsen mätas på en fortlöpande bas. Det kan tänkas som en nanoscaleanalog av dynamisk mekanisk analys (DMA). Når du har samlat det rått, arrangera gradvis metar data med sfäriska eller pyramidal indenters, det analyseras med en beståndsdel 4 som linjära viscoelastic modellerar för att bestämma förlust, och lagringsmodulusen, den komplexa modulusen för inryckning och solbrännadeltan, som är indikativen av energi som fuktar i ytbehandla/nära, ytbehandlar av det materiellt. De nedanföra showsna för exempel som en utmärkt passform av modellera till experimentella data på en epoxy tar prov. En värdera för solbränd delta av 0,017 var beslutsam i bra överenskommelse med i stora partier DMA värderar.

Figurera 3. Variation arrangerar gradvis in signalerar med inryckningsdjup för tre som repetition testar på en epoxy tar prov. Reproducibilityen av datan och dess passform till beståndsdelen 4 som linjära viscoelastic modellerar använt i analysen, är bra och producerar en värdera av den solbrända deltan av 0,017.

Fluid Cell

Den mekaniska rekvisitan av biologiskt och polymeric tar prov varierar ofta betydligt, när i en fluid miljö som jämförs till vanligt torrt testa, villkorar. Om vi önskar att förstå deras rekvisita och uppförande i fluid massmedia, är det därför högt önskvärt att testa under dessa villkorar ganska, än till försök att innebära från mätningar på torrt (eller 50% släktingfuktighet) tar prov. Att möta detta behov, har den testa kapaciteten av NanoTesten fördjupas av utvecklingen av en fluid cell låta nanoindentationen, nano-skrapa, och att testa för nanowear av tar prov fullständigt nedsänkt i vätskor.

Till exempel kan nylon (PA6) svälla vid 7-9% på saturation. NanoTest den fluid cellen har varit van vid utforskar hur dess nanomechanical rekvisita (i första hand resårmodulusen och äckelöverensstämmelse) påverkas av testamedlet. Den Typiska inryckningen buktar för en molekylär low - väga PA6 tar prov visas för torrt (~50% släktingfuktighet) och efter immersionen, i deionised, har bevattnat för flera timmar, visas in figurerar 4. Det finns en minskning i resårmodulus av omkring 67% efter 24 timmar immersion (figurera 5).

Figurera 4. Den Typiska nanoindentationen buktar torrt och blöter för låg MW PA6 som använder en Berkovich indenter som laddar på 0,2 mN/s till ett maximalt, laddar av mN 5. Hållande perioder på maximalt laddar, och 90% som lastar av, låter utredning av det viscoelastic svaret.

Figurera 5. Verkställa av testar miljön på resårmodulus av PA6 efter immersion för >24 timme.

att Testa på Kicken Anstränger Klassar

Material visar skillnader i mekaniskt uppförande på kicken och anstränger low klassar. NanoTesten är unik amongst inryckningssystem i att ha (det skyddade patent) kapaciteten till jordbruksprodukter ultra-fastar, anstränger kicken klassar inryckningar och kan vara den van vid studien som materiellt uppförande på anstränger klassar överstigande de på någon annat instrumenterar långt.

Denna är möjligheten tack vare klockpendelgeometrin som möjliggör sonden som ska accelereras till jordbruksprodukterkickenergi, får effekt i en del av en understödja. Med bistå av ett system för fasta DAQ (upp till 500000 Hertz möjlighet) fångas kan alla sondförskjutning-Time data och analyseras till dynamisk hårdhet för jordbruksprodukter och viscoelastic information om egenskap. Dynamisk hårdhet definieras (efter Tabor) som energi per enhetsvolym och har enheter av att pressa precis som konventionell hårdhet.

Som ett exempel visas detanstränga inryckningsuppförandet av polymrer för för den reklamfilmlåg-täthet polyetylen [LDPE], polycarbonaten [PC] och polytetrafluoroethylene [PTFE] i Figurera 6. Sonden (en diamantindenter i detta fall) studsar på ytbehandla allra tre polymrer, för energin skingras, men där är klara skillnader i hur denna uppstår. PC:N visar i grunden resåruppförande, LDPE visar att gummi-något liknande uppförande och PTFE fuktar ut få effektenergin mycket effektivt.

Figurera 6. Den fukta kapaciteten av den materiella PTFEN visas av bristen av rekylen (energiabsorbering).

Förutom singel får effekt denfå effekt enheten kan vara van vid utforskar skillnader tröttar ut in upprepande får effekt tack vare. Skillnader får effekt in uppförande har korrelerats till skillnader i medgörlighet på nanocomposites. I det nedanföra exemplet (figurera 7), finns det klara skillnader i deformering tack vare upprepande få effekt, med deformering för visning för PTFE i synnerhet dramatisk fortsätta.

Figurera 7. Multipeln för Deformering får effekt tack vare på PTFE, LDPE, och PC:N på 0,14 Hertz som appliceras laddar mN som 2 accelereras från µm 14 i ms 40, med 3 som µm får effekt sonden.

Nano-Skrapa och Nanowear Testa

Nanotribological att testa av polymeric material utförs genom att använda nano-skrapan och nanowearenheten av det NanoTest systemet. Förutom att mäta det kritiskt ladda till fel av polymerbeläggningar som tekniken har funnit applikation i grundstudier av skrapamotstånd på det små fjäll.

Det har funnits att skrapamotståndet är ett starkt fungerar av att bearbeta historia. Figurera den typiska skrapan för 8 shows, och postscratchtraces på olika tre värmer uppsättningen som ÄLSKLINGS- tunt filmar Som ett exempel. Dessa var 1) undrawn (0% crystallinity), 2) uniaxially dragit (33% crystallinity) och 3) biaxially dragit (50% crystallinity). Den processaa attraktionen framkallar crystallinity och orientational ändringar som förändrar den mekaniska rekvisitan.

Figurera 8. Korrelation mellan variationen i resåråterställning under att skrapa (mörkret - blått) och polymerns H-/Eförhållandet (tända - blått = 10 x H/Er). Inläggen visar att typiska skrapa- och posta-skrapan traces för skrapa för 500 µN laddar med en diamantindenter för 3 µm på 1 µm/s.

Ultra-Lågt ladda nanoindentationen (20µN) var van vid bestämmer den mekaniska rekvisitan av filmar. Som figurerar 8 shows, finns det en 1:1överensstämmelse mellan H-/Eförhållandet och graden av återställningen under att skrapa. Deladda skrapadjupen är ganska liknande, men återställningsförhållandet skilja sig åt med crystallinity i det tunt filmar dramatiskt.

Specifikationer

mycket varmt Testa

Hoade arrangerar, värmde indenteren, och thermalen kontrollerar systemet fungerar till 500°C (alternativ till 750°C). Separat uppvärmning (och aktivtemperaturen kontrollera), av både sonden och tar prov att se till att inga värmer flöde uppstår under den processaa inryckningen. Minsta instrument- termisk driva på högstämda temperaturer låter inryckningsäckel testar på högstämda temperaturer och beslutsamhet av rekvisita till och med temperaturen för den glass övergången.

Dynamisk Överensstämmelse som Testar Enheten

För utredningen av lagrings- och förlustmoduli och solbränd delta. Svängningsfrekvens spänner 0.1Hz till större 250Hz (spänner valfritt). Frekvenssvepkapacitet. Amplitud av svängning typisk under-nm till större 50 nm (spänner valfritt). Den Optimerade datoren kontrollerar av låsa i förstärkaren för inställning av affärsvinsten, av tidkonstanten, av frekvensen och av amplituden.

Den Fluid Cellen Paketerar

Den fluid cellen paketerar inkluderar en indenteradapter, en vätskecellprogramvara och vätskecellen sig själv. I jämförelse till andra metoder (liksom DMA) möjliggör den högre lokaliserade mätningar av mekanisk rekvisita, och att testa av thinner och mer heterogen tar prov. Alternativ för Flödescell som krävs för kontrollerat fluid utbyte under experiment. Den fluid cellen paketerar ger information på en materialkapacitet till påverkan av vätskor i dess tjänste- miljö. Detta alternativ finner stor applikation i friktion, ha på sig och smörjningsstudier såväl som svaret för mekanisk egenskap till ändringar i släktingfuktigheten av en miljö.

Kicken Anstränger Klassar: Nano-Få effekt att Testa

Denfå effekt enheten inkluderar distinkt två får effekt testa funktionslägen som standarda.

Ta Prov svängningsfunktionsläget:
Det Piezoelectric svängningssystemet, signalerar generatorn, kontrollerar förstärkaren och programvara för, och dataanalys som låter både, får effekt, och kontakten tröttar ut testar för att utföras beroende av storleken av statisk elektricitet laddar. Frekvens spänner 1-500 Hertz.

Klockpendelimpulsen får effekt funktionsläge:
Klockpendelimpulsen som använder en A-/Csolenoid till kicken för jordbruksprodukter, anstränger mycket klassar inryckningar (nanoimpacts). Singeln och upprepande får effekt. Dynamisk hårdhet är beslutsam från analys av singeln får effekt och tröttar ut uppförande från multipel får effekt.

Testa för Nano-Scratch/Nanowear

För framstegsvän ladda skrapor, passerar 3 mång--passerar (var understödja bildläsningen är rampen) och longer mång--passerar friktion och ha på sig testar.

Lång räcka av robustt friktion sonderar med olika den tillgängliga styrkakonstanten.

Primat av spheroconical diamantskrapa sonderar med avslutar radier 0.7-200 µm. Det Lätta och snabba sondutbytet (~ 1 fullständigt modulminut) - med nanoindentation och nano-får effekt enheter. Ingen recalibration som är nödvändig på växling mellan nanoindentationen och nanoscratchenheter. Robustt - ingen fara av skada till att ladda huvudet fjädrar under att skrapa.

Tack till personer

Forskninggrupper på MIT, SUNY på Stonybrook och NPL tackas för deras pågående samarbete med MikroMaterial. I synnerhet Dr Nigel Jennett och Dr John Nunn på NPL (fasta DAQ-systemet, anstränger kicken klassar), grupp för Prof Krystyn Skåpbil Vliets på MIT (den fluid cellen och kicken anstränger klassar) och grupp för Prof Raman Singhs på SUNY (dynamisk överensstämmelse som testar).

En färdig uppsättning av hänvisar till är tillgänglig ser till källdokumentet.

Källa: ”Nanomechanical Noterar att Testa Applikationen av för Polymeric Material” vid MikroMaterialAB

För mer information på denna källa behaga besökMicroMaterial

Om MikroMaterial

Etablerat i 1988, är MikroMaterialAB producenter av det innovativa NanoTest systemet, som erbjuder unikt nanomechanical testar kapacitet till materialforskare för characterisationen, och optimisation av tunt filmar, beläggningar och bulk material. Strömmen modellerar, den NanoTest Fördelen lanserades på Juni 1st 2011.

Denna information har varit sourced, granskad och anpassad från material förutsatt att av MikroMaterial.

Behaga besökMicroMaterial För mer information på denna källa.

Date Added: Jul 26, 2008 | Updated: Apr 18, 2013

Last Update: 18. April 2013 10:28

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit