Name: Medición de la distribución de las microescenas a escala nanométrica a partir del muestreo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-23T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 56 s
Description: Aprende a medir deformaciones micro y nanométricas con la técnica de muestreo moiré. Este método de campo completo permite analizar desplazamientos y deformaciones bidimensionales con alta sensibilidad desde una sola imagen de cuadrícula.

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Este trabajo fue apoyado por JSPS KAKENHI, los números de subvención JP16K17988 y JP16K05996, y por el Programa Interministerial de Promoción de Innovación Estratégica, Unidad D66, Medición y Análisis Innovadores para Materiales Estructurales (SIP-IMASM), operado por la oficina del gabinete. Los autores también agradecen a los Dres. Satoshi Kishimoto y Kimiyoshi Naito en NIMS por su material CFRP.

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<li>Ifju, P., Han, B. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s11340-010-9404-9">Recent applications of moiré interferometry.</a> Exp. Mech. 50 (8), 1129-1147 (2010).</li>
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<li>Kishimoto, S., Wang, Q., Xie, H., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+the+surface+structure+of+butterfly+wings+using+the+scanning+electron+microscopic+moir%C3%A9+method%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Study of the surface structure of butterfly wings using the scanning electron microscopic moiré method.</a> Appl. Opt. 46 (28), 7026-7034 (2007).</li>
<li>Li, C., Liu, Z., Xie, H., Wu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+3D+SEM+Moir%C3%A9+method+for+micro+height+measurement%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Novel 3D SEM Moiré method for micro height measurement.</a> Opt. Express. 21 (13), 15734-15746 (2013).</li>
<li>Xie, H., Wang, Q., Kishimoto, S., Dai, F. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2732548">Characterization of planar periodic structure using inverse laser scanning confocal microscopy moiré method and its application in the structure of butterfly wing.</a> J. Appl. Phys. 101 (10), 103511(2007).</li>
<li>Tang, M., Xie, H., Wang, Q., Zhu, J. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/21/5/055110">Phase-shifting laser scanning confocal microscopy moiré method and its applications.</a> Meas. Sci. Technol. 21 (5), 055110(2010).</li>
<li>Xie, H., Kishimoto, S., Asundi, A., Boay, C. G., Shinya, N., Yu, J., Ngoi, B. K. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-4484/11/1/305">In-plane deformation measurement using the atomic force microscope moiré method.</a> Nanotechnology. 11 (1), 24(2000).</li>
<li>Xie, H., Liu, Z., Fang, D., Dai, F., Gao, H., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/15/9/007">A study on the digital nano-moiré method and its phase shifting technique.</a> Meas. Sci. Technol. 15 (9), 1716(2004).</li>
<li>Wang, Q., Kishimoto, S., Yamauchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-directional+structural+characterization+of+hexagonal+packed+nanoparticles+by+hexagonal+digital+moir%C3%A9+method%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Three-directional structural characterization of hexagonal packed nanoparticles by hexagonal digital moiré method.</a> Opt. Lett. 37 (4), 548-550 (2012).</li>
<li>Liu, Z., Lou, X., Gao, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143816609003054">Deformation analysis of MEMS structures by modified digital moiré methods.</a> Opt. Lasers Eng. 48 (11), 1067-1075 (2010).</li>
<li>Li, Y., Xie, H., Chen, P., Zhang, Q. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/22/2/025301">Theoretical analysis of moiré fringe multiplication under a scanning electron microscope.</a> Meas. Sci. Technol. 22 (2), 025301(2010).</li>
<li>Patorski, K., Wielgus, M., Ekielski, M., Kaźmierczak, P. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/24/3/035402">AFM nanomoiré technique with phase multiplication.</a> Meas. Sci. Technol. 24 (3), 035402(2013).</li>
<li>Wang, Q., Ri, S., Takashita, Y., Ogihara, S., et al. Chapter 33: Full-field measurements of principal strains and orientations using moiré fringes. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-22446-6">Advancement of Optical Methods in Experimental Mechanics</a>. Yoshida, S., et al. 3, Springer. 251-259 (2017).</li>
<li>Wang, Z., Han, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+iterative+algorithm+for+phase+extraction+of+randomly+phase-shifted+interferograms%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Advanced iterative algorithm for phase extraction of randomly phase-shifted interferograms.</a> Opt. Lett. 29 (14), 1671-1673 (2004).</li>
<li>Wang, Q., Xie, H., Hu, Z., Zhang, J., Sun, J., Liu, G. <a target="_blank" href="https://www.scientific.net/AMM.83.185">Residual thermo-creep deformation of copper interconnects by phase-shifting SEM moiré method.</a> Appl. Mech. Mater. 83, 185-190 (2011).</li>
<li>Ri, S., Fujigaki, M., Morimoto, Y. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s11340-009-9239-4">Sampling moiré method for accurate small deformation distribution measurement.</a> Exp. Mech. 50 (4), 501-508 (2010).</li>
<li>Ri, S., Muramatsu, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+error+analysis+of+the+sampling+moir%C3%A9+method+and+phase+compensation+methodology+for+single-shot+phase+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Theoretical error analysis of the sampling moiré method and phase compensation methodology for single-shot phase analysis.</a> Appl. Opt. 51 (16), 3214-3223 (2012).</li>
<li>Wang, Q., Ri, S., Tsuda, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+sampling+Moir%C3%A9+as+a+substitute+for+microscope+scanning+Moir%C3%A9+for+high-sensitivity+and+full-field+deformation+measurement+at+micron%2Fnano+scales%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Digital sampling Moiré as a substitute for microscope scanning Moiré for high-sensitivity and full-field deformation measurement at micron/nano scales.</a> Appl. Opt. 55 (25), 6858-6865 (2016).</li>
<li>Dai, F., Wang, Z. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/263926500_Automatic_fringe_patterns_analysis_using_digital_processing_techniques_I_Fringe_center_method">Automatic fringe patterns analysis using digital processing tehniques: I fringe center method.</a> Acta Photonica Sinica. 28, 700-706 (1999).</li>
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<li>Wang, Q., Kishimoto, S., Tanaka, Y., Kagawa, Y. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143816613000845">Micro/submicro grating fabrication on metals for deformation measurement based on ultraviolet nanoimprint lithography.</a> Opt. Lasers Eng. 51 (7), 944-948 (2013).</li>
<li>Min-Jin, T., Hui-Min, X., Yan-Jie, L., Xiao-Jun, L., Dan, W. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0256-307X/29/9/098101">A new grating fabrication technique on metal films using UV-nanoimprint lithography.</a> Chin. Phys. Lett. 29 (9), 098101(2012).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

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)...

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 geométrica (GPA) 5 , 6 , transformación de Fourier (FT), correlación de imagen digital (DIC) Interferometría electrónica de patrones de manchas (ESPI). Entre estas técnicas, el GPA y el FT no son adecuados para mediciones de deformación complejas porque existen múltiples frecuencias. El método de DIC es simPero impotente contra el ruido porque el portador de la deformación es moteado al azar. Por último, ESPI es muy sensible a la vibración. Entre los métodos de moiré micro / nano escala, los métodos más comúnmente utilizados actualmente son los métodos de moiré de escaneo con microscopio, como el moiré de exploración de electrones 7 , 8 , 9 , el moiré 10 , 11 de exploración láser y el moiré de fuerza atómica 12 , Y algunos métodos de moiré a base de microscopio, como el método de moiré digital / superpuesto 13 , 14 , 15 y el método de multiplicación / fracción de moiré 16 , 17 . El método moiré de exploración tiene muchas ventajas, tales como un amplio campo de visión, alto resoY la insensibilidad al ruido aleatorio. Sin embargo, el método de moiré de exploración tradicional es inconveniente para las mediciones de deformación 2D porque es necesario girar la etapa de muestreo o la dirección de escaneado en 90 ° y escanear dos veces para generar franjas de moiré en dos direcciones 18 . La rotación y los procesos de exploración dual introducen un error de rotación y tardan mucho tiempo, influyendo seriamente en la precisión de medición de la deformación 2D, especialmente para la deformación por cizallamiento. Aunque la técnica de desplazamiento de fase temporal 19 , 20 puede mejorar la precisión de medición de deformación, requiere tiempo y un dispositivo especial de cambio de fase inadecuado para ensayos dinámicos. El método de muaré de muestreo 21 , 22 tiene una alta precisión en las mediciones de desplazamiento y ahora se usa principalmente para mediciones de deflexión en puentes cuando los vehículos pculo. Para extender el método de moiré de muestreo a mediciones de deformación micro / nano escala 2D, se ha desarrollado recientemente un método de moiré de multiplicación reconstruido 23 a partir de franjas de moiré de muestreo de 2 píxeles, en las que las mediciones son dos veces más sensibles y el amplio campo de visión del Se mantiene el método de escaneado moiré. Además, el método de moiré de muestreo de desplazamiento de fase espacial también se desarrolla a partir de franjas de moiré de muestreo de múltiples píxeles, lo que permite mediciones de deformación de alta precisión. Este protocolo introducirá el procedimiento detallado de medición de deformaciones y se espera que ayude a investigadores e ingenieros a aprender cómo medir deformaciones, mejorando los procesos de fabricación de materiales y productos.

<table><tbody><tr><td>Pulidora automática</td><td>Marumoto Struers K.K.</td><td>LaboPol-30, Labor Force-100</td><td></td></tr><tr><td>Plástico reforzado con fibra de carbono</td><td>Mitsubishi Plastics, Inc.&nbsp;</td><td></td><td></td>HYEJ16M95DHX1</tr><tr><td>Computadora</td><td>DELL Japón</td><td>VOSTRO</td><td>Puede ser reemplazada por otra computadora con lenguaje de programación C ++</td></tr><tr><td>Software de grabación de imágenes</td><td>Lasertec Corporation</td><td>LMEYE7</td><td>Instalado en un microscopio de escaneo láser</td></tr><tr><td>Ion Coater</td><td>Japan Electron Optics Laboratory Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microscopio de escaneo láser</td> JEC3000F <td>Lasertec Corporation</td><td>OPTELICS HYBRID</td><td></td></tr><tr><td>Nanoimprint Device</td><td>Japan Laser Corporation&nbsp;</td><td>EUN-4200</td><td>Se puede reemplazar con un dispositivo de litografía por haz de electrones o un dispositivo de fresado por haz de iones enfocado</td></tr><tr><td>Molde de nanoimpresión</td><td>SCIVAX Corporation</td><td>3.0&mu; m pitch</td><td></td></tr><tr><td>Nanoimprint Personalizado Resiste</td><td>Toyo Gosei Co., Ltd&nbsp;</td><td>PAK01</td><td></td></tr><tr><td>Solución de pulido</td><td>Marumoto Struers K.K.</td><td>DP-Spray P 15&mu; m, 1 y mu; m, 0,25 y mu; m</td><td>Uso de grueso a fino</td></tr><tr><td>Pipeta</td><td>AS ONE Corporation</td><td>10mL</td><td></td></tr><tr><td>Sand Paper</td><td>Marumoto Struers K.K.</td><td>Lámina de SiC # 320, # 800</td><td>Uso de grueso a fino</td></tr><tr><td>Recubrimiento</td> giratorio <td>MIKASA Corporation</td><td>MS-A100</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moir&#233; Fringes

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.

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...

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.

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

This work describes the measurement procedure and principles of a sampling moir&#233; technique for full-field micro/nano-scale deformation measurements. ...

El objetivo general de este experimento consiste en medir con precisión las distribuciones de deformación de los materiales a escala micro o nano mediante la técnica de interferometría de malla de dos píxeles o de muestreo con múltiples píxeles

micronano-scale-strain-distribution-measurement-from-sampling-moir

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