Medición de la distribución de las microescenas a escala nanométrica a partir del muestreo

Summary

Se presenta aquí una técnica de moiré de muestreo con métodos de muestreo de 2 píxeles y multipíxeles para medidas de distribución de deformación de alta precisión a escala micro / nano.

Abstract

Este trabajo describe el procedimiento de medición y los principios de una técnica de muaré de muestreo para mediciones de deformación de campo completo de micro / nano escala. La técnica desarrollada puede realizarse de dos maneras: usando el método moiré de multiplicación reconstruido o el método moiré de muestreo de desplazamiento de fase espacial. Cuando el paso de rejilla de la muestra es de alrededor de 2 píxeles, se generan franjas de moiré de muestreo de 2 píxeles para reconstruir un patrón de multiplicación de moiré para una medición de deformación. Tanto las sensibilidades de desplazamiento como de deformación son dos veces más altas que en el método tradicional de moiré de exploración en el mismo amplio campo de visión. Cuando el paso de rejilla de la muestra es alrededor o mayor de 3 píxeles, se generan franjas de moiré de muestreo de múltiples píxeles y se combina una técnica de desplazamiento de fase espacial para una medición de deformación de campo completo. La precisión de medición de deformación se mejora significativamente y la medición automática de lotes es fácilmente alcanzable.Ambos métodos pueden medir las distribuciones de deformaciones bidimensionales (2D) a partir de una imagen de cuadrícula de un solo disparo sin girar las muestras o líneas de exploración, como en las técnicas de moiré tradicionales. Como ejemplos, se midieron las distribuciones de desplazamiento y de deformación 2D, incluidas las cepas cortantes de dos especímenes de plástico reforzado con fibra de carbono, en ensayos de flexión en tres puntos. Se espera que la técnica propuesta desempeñe un papel importante en las evaluaciones cuantitativas no destructivas de las propiedades mecánicas, las ocurrencias de grietas y las tensiones residuales de una variedad de materiales.

Introduction

Las medidas de deformación micro / nano escala son vitales para evaluar las propiedades mecánicas, comportamientos de inestabilidad, tensiones residuales y fenómenos de fisuras de materiales avanzados. Dado que las técnicas ópticas son sin contacto, de campo completo y no destructivas, se han desarrollado varios métodos ópticos para la medición de deformación durante las últimas décadas. En los últimos años, las técnicas de medición de deformación micro / nano escala incluyen principalmente los métodos moiré ^{1 , 2 , 3 , 4} , análisis de fase....

Protocol

1. Confirmación de la Rejilla de Micro / Nano escala en el espécimen

1. Mecanizado de la muestra
   1. Cortar el espécimen al tamaño requerido por el dispositivo de carga específico utilizado bajo un microscopio ( por ejemplo, 1 x 5 x 30 mm ³ ), haciendo que la superficie a observar sea 1,5 veces mayor que la región de interés.
   2. Pulir la superficie de la muestra a observar ( por ejemplo, 1 x 30 mm ² ), utilizando sucesivamente papel grueso y de arena fina en una máquina de pulir automática ( p. Ej., Utilizar papel de SiC 320 durante 3 min y luego 800 durante 1 min a 150 rpm....

Results

Se midieron las distribuciones de desplazamiento y deformación 2D de dos especímenes de plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) (# 1 y # 2) según el principio de formación de moiré ²³ y el proceso de medición ( Figura 1 ). Los especímenes de CFRP estaban formados por fibras de carbono K13D de 10-11 μm de diámetro y resinas epoxi. La deformación de CFRP # 1 se determinó utilizando el método de moiré de multiplicación reconstruid.......

Discussion

En la técnica descrita, un paso desafiante es la fabricación de rejilla o rejilla de micro / nano escala (abreviada como rejilla) ²⁶ si no existe un patrón periódico en la muestra. El paso de la rejilla debe ser uniforme antes de la deformación porque es un parámetro importante para la medición de la deformación. Si el material es un metal, una aleación metálica o una litografía de nanoimpresión cerámica, UV o de calefacción (NIL) ²⁷ , litografía de haz de electrones (EBL).......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Pulidora automática	Marumoto Struers K.K.	LaboPol-30, Labor Force-100
Plástico reforzado con fibra de carbono	Mitsubishi Plastics, Inc.
Computadora	DELL Japón	VOSTRO	Puede ser reemplazada por otra computadora con lenguaje de programación C ++
Software de grabación de imágenes	Lasertec Corporation	LMEYE7	Instalado en un microscopio de escaneo láser
Ion Coater	Japan Electron Optics Laboratory Ltd.
Microscopio de escaneo láser	Lasertec Corporation	OPTELICS HYBRID
Nanoimprint Device	Japan Laser Corporation	EUN-4200	Se puede reemplazar con un dispositivo de litografía por haz de electrones o un dispositivo de fresado por haz de iones enfocado
Molde de nanoimpresión	SCIVAX Corporation	3.0μ m pitch
Nanoimprint Personalizado Resiste	Toyo Gosei Co., Ltd	PAK01
Solución de pulido	Marumoto Struers K.K.	DP-Spray P 15μ m, 1 y mu; m, 0,25 y mu; m	Uso de grueso a fino
Pipeta	AS ONE Corporation	10mL
Sand Paper	Marumoto Struers K.K.	Lámina de SiC # 320, # 800	Uso de grueso a fino
Recubrimiento	MIKASA Corporation	MS-A100