Medição de Distribuição de Estirpes Micro / Nano-escala a partir da Amostragem Frisos Moiré
Summary
Uma técnica de moiré de amostragem com métodos de amostragem de 2 pixels e multi-pixel para medições de distribuição de deformação de alta precisão na escala micro / nano é apresentada aqui.
Abstract
Este trabalho descreve o procedimento de medição e os princípios de uma técnica de moiré de amostragem para medições de deformação em campo completo de micro / nanotecnologia. A técnica desenvolvida pode ser realizada de duas maneiras: usando o método de moiré de multiplicação reconstruído ou o método de moiré de amostragem espacial de mudança de fase. Quando o passo da grade da amostra é de cerca de 2 pixels, são geradas franjas de moiré de amostragem de 2 pixéis para reconstruir um padrão de moiré de multiplicação para uma medição de deformação. Tanto as sensibilidades de deslocamento como de deformação são duas vezes mais elevadas do que no método tradicional de moiré de varredura, no mesmo campo de visão. Quando o passo da grelha da amostra é de cerca de ou superior a 3 pixels, são geradas franjas de moiré de amostragem de múltiplos pixéis, e uma técnica de mudança de fase espacial é combinada para uma medição de deformação de campo completo. A precisão da medição de tensão é significativamente melhorada, e a medição automática de lotes é facilmente alcançável.Ambos os métodos podem medir as distribuições de deformações bidimensionais (2D) a partir de uma imagem de grade de um único disparo sem rodar o espécime ou linhas de varredura, como nas técnicas de moiré tradicionais. Como exemplos, as distribuições de deslocamento e de deformação 2D, incluindo as estirpes de cisalhamento de dois espécimes de plástico reforçado com fibra de carbono, foram medidas em testes de flexão de três pontos. Espera-se que a técnica proposta desempenhe um papel importante nas avaliações quantitativas não destrutivas de propriedades mecânicas, ocorrências de fissuras e tensões residuais de uma variedade de materiais.
Introduction
Medições de deformação em micro / nano escala são vitalmente essenciais para avaliar as propriedades mecânicas, comportamentos de instabilidade, tensões residuais e ocorrências de quebra de materiais avançados. Uma vez que as técnicas ópticas são sem contato, full-field e não-destrutivas, vários métodos ópticos foram desenvolvidos para medição de deformação durante as últimas décadas. Nos últimos anos, as técnicas de medição de deformação em micro / nano escala incluem principalmente os métodos moiré 1 , 2 , 3 , 4 , análise de fase geométrica (GPA) 5 , 6 , transformação de Fourier (FT), correlação de imagem digital (DIC) e Interferometria eletrônica do padrão speckle (ESPI). Entre essas técnicas, GPA e FT não são bem adequados para medições complexas de deformação, porque existem múltiplas freqüências. O método DIC é simMas impotente contra o ruído porque a portadora de deformação é mancha aleatória. Finalmente, ESPI é fortemente sensível à vibração.
Entre os métodos de moiré micro / nano escala, os métodos mais utilizados atualmente são os métodos de moiré de varredura de microscópio, como o moiré de varredura eletrônica 7 , 8 , 9 , o moiré de varredura a laser 10 , 11 e o moiré de força atômica (AFM) moiré 12 , E alguns métodos de moiré baseados em microscópio, como o método de moiré digital / sobreposição 13 , 14 , 15 e o método de multiplicação / fracionamento moiré 16 , 17 . O método moiré de varredura tem muitas vantagens, como um amplo campo de visão,E insensibilidade ao ruído aleatório. No entanto, o método de moiré de varrimento tradicional é inconveniente para medições de deformação 2D porque é necessário rodar o estádio de amostra ou a direcção de varrimento em 90 ° e varrer duas vezes para gerar franjas de moiré em duas direcções 18 . A rotação e os processos de dupla digitalização introduzem erro de rotação e demoram muito tempo, influenciando seriamente a precisão da medição da tensão 2D, especialmente para a deformação por cisalhamento. Embora a técnica de mudança de fase temporal 19 , 20 possa melhorar a precisão da medição da deformação, requer tempo e um dispositivo especial de desvio de fase inadequado para testes dinâmicos.
O método de moiré de amostragem 21 , 22 tem uma precisão elevada em medidas de deslocamento e é agora principalmente usado para medições de deflexão em pontes quando os automóveis pbunda. Para ampliar o método de moiré de amostragem para medições de deformação em micro / nanotecnologia 2D, foi recentemente desenvolvido um método de moiré de multiplicação reconstruído 23 a partir de franjas de moiré de amostragem de 2 pixéis, nas quais as medições são duas vezes mais sensíveis eo campo de visão largo do O método de moiré de varredura é mantido. Além disso, o método de moiré de amostragem de mudança de fase espacial também é desenvolvido a partir de franjas de moiré de amostragem de múltiplos pixels, permitindo medições de deformação de alta precisão. Este protocolo irá introduzir o procedimento detalhado de medição de deformação e é esperado para ajudar pesquisadores e engenheiros a aprender como medir deformação, melhorando os processos de fabricação de materiais e produtos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Na t�nica descrita, um passo desafiador �a grelha de micro / nano escala ou grelha (abreviada como grelha) de fabrica�o 26 se n� existir padr� peri�ico na amostra. O passo da grade deve ser uniforme antes da deformação, pois é um parâmetro importante para a medição da deformação. Se o material for um metal, uma liga metálica, ou uma litografia de nanoimpressão cerâmica, UV ou de aquecimento (NIL) 27 , litografia por feixe de electr?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por JSPS KAKENHI, os números de subsídios JP16K17988 e JP16K05996, e pelo Programa Interministerial de Promoção de Inovação Estratégica, Unidade D66, Medição e Análise Inovadoras para Materiais Estruturais (SIP-IMASM), operado pelo gabinete. Os autores também agradecem aos Drs. Satoshi Kishimoto e Kimiyoshi Naito no NIMS por seu material CFRP.
Materials
| 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 |
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