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单根纳米纤维的纳米力学测试

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浏览:- 发布日期:2018-05-30 09:14:13【

[文章导读] FT-NMT03纳米力学测试系统可以配合SEM/FIB原位精确直接地测量纳米纤维的力学特性。

纳米纤维已经展现出各种有趣的特性,除了高比表面积-体积比,纳米纤维相比于块状材料,沿主轴方向有更卓越的力学特性。因此纳米纤维在复合材料、纤维、支架(组织工程学)、药物输送、创伤敷料或纺织业等领域是一种非常有应用前景的材料。纳米纤维机械性能(刚度、弹性变形范围、极限强度、韧性)的定量表征对理解其在目标应用中的性能非常重要,而测量这些参数需要高度专业画的仪器,必须具备以下功能:以亚纳米的分辨率测量非常小的变形;在测量的时间量程(例如100 s)内在纳米级的位移下保持高度稳定的测量系统;以亚纳米分辨率测量微小力;处理(捡取-放置)纳米纤维并将其放置在机械测试仪器上。


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FT-NMT03纳米力学测试(点击了解详情)系统可以配合SEM/FIB原位精确直接地测量纳米纤维的力学特性。微力传感器加载微力,纳米力学测试结合高分辨位置编码器可以对纳米纤维进行拉伸、循环、蠕变、断裂等形变测试。

-形变(应力-应变)曲线可以定量的表征纳米纤维的材料特性此外纳米力学测试结合样品架电连接可以定量表征电-机械性质

位置稳定性

纳米力学测试对于纳米纤维的精确拉伸测试,纳米力学测试系统的位移是测试不稳定性的主要来源。图2展示了FT-NMT03纳米力学测试系统位移的统计学评价,从中可以找到每一个测试间隔内位移导致的不确定性,例如100s内为450pm,意思是65%(或95%)的概率,纳米力学测试系统在100s的时间间隔内的位移稳定性小于±450pm(或±900pm)。

样品制备

纳米力学测试纳米纤维的拉伸测试前需要复杂的样品制备过程,因此FT-NMT03纳米力学测试具备微纳操作的功能,纳米力学测试利用力传感微镊或者微力传感器可以对单根纳米纤维进行五个自由度的拾取-放置操作(闭环)。可以使用聚焦离子束(FIB)沉积或电子束诱导沉积(EBID)对样品进行固定。纳米力学测试这种结合了电-机械测量和纳米加工的技术为大多数纳米力学测试应用提供了完美的解决方案。



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SEM/FIB集成

得益于FT-NMT03纳米力学测试系统的紧凑尺寸(71×100×35mm),该系统可以与市面上绝大多数的全尺寸SEM/FIB结合使用,在样品台上安装和拆卸该系统十分简便,仅需几分钟。

此外,由于FT-NMT03纳米力学测试的独特设计(无基座、开放式),纳米力学测试体系统可以和电子背向散射衍射仪(EBSD)和扫描透射电子显微镜(STEM)技术兼容。

应用举例:纳米纤维拉伸测试

纳米力学测试单轴拉伸测试是纳米纤维定量力学分析最常见的方法。用Pt-EBID将纳米纤维两端分别固定在FT-S微力传感探针和样品架上,拉伸直至断裂。从应力-应变曲线计算得到混合纳米纤维的平均屈服/极限拉伸强度为375MPa/706Mpa,金纳米纤维的平均屈服/极限拉伸强度为451MPa/741Mpa

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应用举例:金属玻璃纳米线的热机械蠕变测试

金属玻璃由于其独特的力学性能,如高弹性极限和高断裂韧性,而受到越来越多的关注。而且,其宽的过冷液态区间开启了超塑成形的材料加工工艺。因此定量研究金属玻璃的热机械行为是至关重要的。右图显示了针对金属玻璃超塑性性能的研究。金属玻璃纳米线通过Pt基电子束沉积方法固定在FT-S微力传感探针和样品台之间。在进行蠕变测试时(施加固定拉伸力来测量样品的形变量),纳米力学测试采用对纳米线通电加热来控制纳米线温度。这样可测试纳米线在不同温度下的热机械蠕变性能。

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结论:

对单根纳米纤维进行各种机械性能的定量测试需要通用性极高的仪器这类设备必须能进行纳米机器人制样和力学测试并且由于纳米纤维轴向形变(延长)小,高位移分辨率和优异的位置稳定性(位置漂移小)对于精确绝对测量是至关重要的。

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