Un milímetro a la flexión prueba sistema de la escala para medir las propiedades mecánicas de espículas de esponja marina

Michael A. Monn; Jarod Ferreira; Jianzhe Yang; Haneesh Kesari

doi:10.3791/56571

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Artículo de método

Un milímetro a la flexión prueba sistema de la escala para medir las propiedades mecánicas de espículas de esponja marina

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DOI:

10.3791/56571

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11 de octubre de 2017

Michael A. Monn¹ , Jarod Ferreira¹ , Jianzhe Yang¹ , Haneesh Kesari¹

¹School of Engineering, Brown University

En este artículo

Resumen

Presentamos un protocolo para la realización de pruebas de flexión de tres puntos en las fibras de escala submilimétrica utilizando un dispositivo mecánico a la medida. El aparato puede medir las fuerzas que van desde 20 µN hasta 10 N y por lo tanto puede acomodar una variedad de tamaños de fibra.

Resumen

Muchos cargan teniendo estructuras biológicas (LBBSs) — como estimará pluma y espículas, son pequeños (< 1 mm) pero no microscópica. Medir el comportamiento a la flexión de estos LBBSs es importante para comprender los orígenes de sus notables funciones mecánicas.

Se describe un protocolo para realizar pruebas de flexión de tres puntos mediante un dispositivo mecánico de prueba a la medida que puede medir fuerzas hasta de 10^-5 10¹ N y desplazamientos que van desde 10^-7 10^-2 m. La principal ventaja de este dispositivo mecánico de prueba es que las capacidades de fuerza y el desplazamiento se pueden ajustar fácilmente para diferentes LBBSs. Principio de funcionamiento del dispositivo es similar a la de un microscopio de fuerza atómica. Es decir, la fuerza se aplica a la LBBS por un punto de carga que se adjunta al final de un cantilever. El desplazamiento del punto de carga es medido por un sensor de desplazamiento óptico de fibra y convertido en una fuerza con la rigidez de la medida del voladizo. Gama de fuerza del dispositivo se puede ajustar mediante el uso de voladizos de diferentes rigideces.

Se demuestran las capacidades del dispositivo mediante la realización de pruebas de flexión de tres puntos en los elementos esqueléticos de la esponja marina Euplectella aspergillum. Los elementos esqueléticos — conocidos como espículas, son fibras de sílice que son aproximadamente de 50 μm de diámetro. Se describen los procedimientos para calibrar el dispositivo de pruebas mecánico, montaje de las espículas en un accesorio de flexión de tres puntos con un palmo de ≈1.3 mm, y realizar una flexión prueba. Se mide la fuerza aplicada a la Espícula y su desviación en la ubicación de la fuerza aplicada.

Introducción

Mediante el estudio de las arquitecturas de estructuras biológicas (LBBSs), como la cáscara y el hueso de soporte de carga, los ingenieros han desarrollado nuevos materiales compuestos que son fuertes y duros ¹. Se ha demostrado que las propiedades mecánicas notables de LBBSs y sus contrapartes bio-inspirados están relacionados con sus intrincadas arquitecturas internas ². Sin embargo, las relaciones entre arquitecturas LBBS y propiedades mecánicas no se entienden completamente. Medición de respuesta mecánica de un LBBS es el primer paso hacia la comprensión de cómo la arquitectura mejora sus propiedades mecánicas.

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