纳米压痕仪:实现材料硬度测试的革命性技术-国内聚焦-资讯-生物在线

纳米压痕仪:实现材料硬度测试的革命性技术

作者:杭州轩辕科技有限公司 2023-06-25T11:20 (访问量:9514)

 纳米压痕仪是一种用于测试材料硬度和力学性能的仪器,可以在微米和纳米尺度下测量材料的机械性质。它通过在材料表面施加小的荷载并测量其变形来进行测试。
  纳米压痕仪基于奥斯本-鲍尔理论,即当一个球形探头在材料表面施加荷载时,会形成一个固定的塑性区,并且这个塑性区的大小与施加的荷载成正比。因此,我们可以通过测量塑性区的大小来计算材料的硬度。
  该仪器通常由一个探头、一个荷载传感器、一个Z轴移动系统和一个数据分析软件组成。用户将探头放置在样品表面上,然后施加荷载,这将导致探头在样品表面上形成一个微小的凹陷。荷载传感器将测量施加的荷载大小,Z轴移动系统则控制探头的深入程度,最终导致形成塑性区。数据分析软件可以根据硬度曲线计算材料的硬度、弹性模量和塑性变形等机械性能。
  纳米压痕仪已经被广泛应用于材料科学领域,尤其是在新材料研究和开发中。例如,在金属材料中,该技术可用于评估材料的强度、韧性和抗腐蚀性等机械性能。在聚合物和生物组织中,纳米压痕仪可用于研究它们的刚度、弹性模量和黏度等性质。此外,该技术还可用于检测材料表面的微观缺陷、涂层和界面等。
  相对于传统的硬度测试技术,纳米压痕仪具有许多优点。首先,它可以在微米和纳米尺度下进行测试,这意味着可以更准确地测量材料在微小尺度下的机械性能。其次,该仪器可以使用不同类型的探头进行测试,以适应不同材料的测试需求。此外,它还可以同时测量多种机械性能,如弹性模量、硬度和塑性变形。
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Optics11成立于2011年,是阿姆斯特丹自由大学(VU)的衍生组织。从那时起,这家初创公司的收入和员工持续增长,成为荷兰发展最快的公司之一,并具有国际影响力。Optics11 Life提供功能强大的新型纳米压痕仪,与传统的同类产品相比,使用方便、功能多样、坚固耐用。主要用于测量复杂、不规则的生物材料,如单细胞、组织、水凝胶和涂层的机械性能。

Piuma Nanoindenter

生物组织、软物质材料力学性能测试的新方法

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Piuma是功能强大的台式仪器,可探索水凝胶、生理组织和生物工程材料的微观机械特性。表征尺度从宏观直至细胞。专为分析测试软材料而设计,测量复杂和不规则材料在生理条件下的力学性能。杭州轩辕科技有限公司

主要优势

内置摄像镜头,方便实时观察样品台

实时分析计算测量结果,原始数据并将以文本文件存储,方便任何时候导入Dataviewer软件进行复杂处理

探针经过预先校准,即插即用。对于时间敏感的样品确保了快速测量

光纤干涉MEMS技术能够以无损的方式测量即使是最软的材料,并保证分辨率。同时探针可以重复使用Piuma轩辕纳米压痕仪Piuma轩辕纳米压痕仪

技术参数

模量测试范围

5 Pa - 1 GPa

探头悬臂刚度0.025 - 200 N/m
探头尺寸(半径)

3 - 250 μm

最大压痕深度100 μm
传感器最大容量200
测试环境air, liquid (buffer/medium)
粗调行程

X*Y:12×12 mm Z:12 mm

加载模式

Displacement / Load* / Indentation*
测试类型

准静态(单点,矩阵)

蠕变,应力松弛

DMA动态扫描 (E', E'', tanδ)

动态扫描频率*
0.1 - 10 Hz
内置拟合模型Young's Modulus (Hertz / Oliver-Pharr / JKR)
*为可选升级配置


Fiber-On-Top 探头

新型光纤干涉式悬臂梁探头,利用干涉仪来监测悬臂梁形变。638115393727713280157.jpg


相较于原子力显微镜或传统纳米压痕仪

创新型光纤探头,弥补了传统纳米压痕仪无法测试软物质的问题,也解决了AFM在力学测试中的波动大,操作困难、制样严苛等常见缺陷。


背景噪音低:激光干涉仪抗干扰强于AFM反射光路

制样更简单:对样品的粗糙度宽容度高于AFM

刚度选择更准确:平行悬臂梁结构有利于准确判别压痕深度与压电陶瓷位移比例关系,便于选择合适刚度探头来保证弹性形变关系的稳定性,进而获得重复率更高、准确性更好的数据



内置分析软件

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借助功能强大而易于操作的软件,用户可以自由控制压痕程序(载荷、位移等)。自动处理曲线的流程,可以获得数据和结果的快速分析


原始参数完整txt导出,便于后续复杂处理的需要


利用Hertz接触模型从加载部分计算弹性模量,与常用的Oliver&Pharr方法相比,更为适合生物组织和软物质材料特性



视频介绍


近期文献



年 份期 刊题 目
2022Advanced Functional MaterialsEngineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement
2022BiomaterialsHydrogels derived from decellularized liver tissue support the growth and differentiation of cholangiocyte organoids
2021Biofabrication3D bioprinting of tissue units with mesenchymal stem cells, retaining their proliferative and differentiating potential, in polyphosphate-containing bio-ink
2021nature communicationsJanus 3D printed dynamic scaffolds for nanovibration-driven bone regeneration
2020Environmental Science & TechnologyEffect of Nonphosphorus Corrosion Inhibitors on Biofilm Pore Structure and Mechanical Properties
2020Acta BiomaterialiaA multilayer micromechanical elastic modulus measuring method in ex vivo human aneurysmal abdominal aortas
















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