En prøveudtagningsteknologi med 2-pixel og multimedieprøveudtagningsmetoder til højnøjagtighedstestfordelingsmålinger på mikro / nano-skalaen er præsenteret her.
Dette værk beskriver måleproceduren og principperne for en prøveudtagningsteknik for fuldmåne mikro / nano-skala deformationsmålinger. Den udviklede teknik kan udføres på to måder: ved hjælp af den rekonstruerede multiplikation moiré metode eller den rumlige faseforskydning sampling moiré metode. Når prøvegitteret er omkring 2 pixel, genereres 2-pixel sampling moiré fringes for at rekonstruere et multiplikation moiré mønster til en deformationsmåling. Både forskydnings- og belastningsfølsomheden er dobbelt så høj som i den traditionelle scanning moiré-metode i samme brede synsfelt. Når prøvegitteret er omkring eller større end 3 pixel, genereres multipixel sampling moiré fringes, og en rumlig faseforskydningsteknik kombineres til en måling af fuldfeltdeformation. Tæthedsmålerens nøjagtighed er signifikant forbedret, og automatisk batchmåling er let opnåelig.Begge metoder kan måle de todimensionale (2D) stamfordelinger fra et single-shot-gitterbillede uden at rotere prøven eller scanningslinierne, som i traditionelle moiré-teknikker. Som eksempler blev 2D-forskydnings- og spændingsfordelingerne, inklusiv shearstammerne af to carbonfiberforstærkede plastikprøver, målt i trepunkts-bøjningstest. Den foreslåede teknik forventes at spille en vigtig rolle i de ikke-destruktive kvantitative vurderinger af mekaniske egenskaber, sprækkeforekomster og restspændinger af forskellige materialer.
Mikro / nano-skala deformationsmålinger er afgørende for at evaluere de mekaniske egenskaber, ustabilitet adfærd, restspændinger og revne forekomster af avancerede materialer. Da optiske teknikker er kontaktfri, fuldfelt og ikke-destruktiv, er forskellige optiske metoder blevet udviklet til deformationsmåling i de sidste par årtier. I de senere år omfatter mikro-nano-skala deformationsmålingsteknikkerne primært moirémetoderne 1 , 2 , 3 , 4 , geometrisk faseanalyse (GPA) 5 , 6 , Fourier-transformation (FT), digital billedkorrelation (DIC) og Elektronisk speckle pattern interferometry (ESPI). Blandt disse teknikker er GPA og FT ikke velegnet til komplekse deformationsmålinger, fordi der findes flere frekvenser. DIC-metoden er simMen kraftløse mod støj, fordi deformationsbæreren er tilfældig speckle. Endelig er ESPI stærkt følsom over for vibrationer.
Blandt mikro / nano-skala moiré-metoder er de mest anvendte metoder i øjeblikket mikroskopscanning moiré-metoder, såsom elektroniske scannings moiré 7 , 8 , 9 , laserskanning moiré 10 , 11 og atomkraftmikroskop (AFM) moiré 12 , Og nogle mikroskopbaserede moirémetoder, såsom den digitale / overlappende moiré 13 , 14 , 15 fremgangsmåde og multiplikation / fraktional moiré-metoden 16 , 17 . Skanning moiré-metoden har mange fordele, såsom et bredt synsfelt, høj resoLution og ufølsomhed over for tilfældig støj. Den traditionelle scanning moiré-metode er imidlertid ubelejlig for 2D-stamme-målinger, fordi det er nødvendigt at rotere prøvefasen eller scanningsretningen med 90 ° og skanne to gange for at frembringe moiré-frynser i to retninger 18 . Rotation og de dobbelte scanningsprocesser introducerer rotationsfejl og tager lang tid, hvilket alvorligt påvirker målingsnøjagtigheden af 2D-stammen, især for shear-stammen. Skønt den tidsmæssige faseforskydningsteknik 19 , 20 kan forbedre deformationsmålingsnøjagtigheden, kræver det tid og en særlig faseforskydningsanordning uegnet til dynamiske test.
Prøveudtagningsmoirémetoden 21 , 22 har en høj nøjagtighed i forskydningsmålinger og anvendes nu hovedsagelig til afbøjningsmålinger på broer, når biler prøv. For at udvide prøvetagning moiré-metoden til mikro / nano-skala 2D-stamme målinger er en rekonstrueret multiplikation moiré-metode blevet nyudviklet 23 fra 2-pixel sampling moiré fringes, hvor målingerne er dobbelt så følsomme og det brede synsfelt for Scanning moiré metode holdes. Desuden er den rumlige faseforskydende sampling moiré-metode også udviklet fra multipixel sampling moiré fringes, hvilket giver mulighed for høj nøjagtighed belastning målinger. Denne protokol vil introducere den detaljerede belastningsmålemetode og forventes at hjælpe forskere og ingeniører med at lære at måle deformation, forbedre fremstillingsprocesserne for materialer og produkter.
I den beskrevne teknik er et udfordrende trin mikro / nano-skala gitter eller gitter (forkortet som gitter) fabrikation 26, hvis der ikke findes et periodisk mønster på prøven. Gitterhældningen skal være ensartet inden deformation, fordi det er en vigtig parameter for deformationsmåling. Hvis materialet er et metal, en metallegering eller en keramisk, UV- eller opvarmningsnanoimprint-litografi (NIL) 27 , elektronstråle-lithografi (EBL) 2 , fo…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af JSPS KAKENHI, tildelingsnumre JP16K17988 og JP16K05996, og af det tværministerielle strategiske innovationsfremmende program, Enhed D66, Innovativ måling og analyse for strukturelle materialer (SIP-IMASM), der drives af kabinettet. Forfatterne er også taknemmelige for Drs. Satoshi Kishimoto og Kimiyoshi Naito på NIMS for deres CFRP materiale.
Automatic Polishing Machine | Marumoto Struers K.K. | LaboPol-30, Labor Force-100 | |
Carbon Fiber Reinforced Plastic | Mitsubishi Plastics, Inc. | HYEJ16M95DHX1 | |
Computer | DELL Japan | VOSTRO | Can be replaced with another computer with C++ programming language |
Image Recording Software | Lasertec Corporation | LMEYE7 | Installed in a laser scanning microscope |
Ion Coater | Japan Electron Optics Laboratory Ltd. | JEC3000F | |
Laser Scanning Microscope | Lasertec Corporation | OPTELICS HYBRID | |
Nanoimprint Device | Japan Laser Corporation | EUN-4200 | Can be replaced with a electron beam lithography device or a focused ion beam milling device |
Nanoimprint Mold | SCIVAX Corporation | 3.0μm pitch | Customized |
Nanoimprint Resist | Toyo Gosei Co., Ltd | PAK01 | |
Polishing Solution | Marumoto Struers K.K. | DP-Spray P 15μm, 1μm, 0.25μm | Use from coarse to fine |
Pipet | AS ONE Corporation | 10mL | |
Sand Paper | Marumoto Struers K.K. | SiC Foil #320, #800 | Use from coarse to fine |
Spin Coater | MIKASA Corporation | MS-A100 |