Effectuer des tests de coupe en forme de Y montés sur microscope

La découpe en forme de Y mesure l’énergie de défaillance et une échelle de liaison de création de surface critique dans les solides mous. L’intégration de cette technique dans un microscope facilite la mise au point des mécanismes microstructuraux qui régissent ces grandeurs. Contrairement à la grande fissure plantée typique de la charge de la roue avant, ce protocole utilise la localisation de l’étirement induite par la plaque pour réduire le champ de vision nécessaire pour imager le processus de défaillance intérieure.

L’approche peut fournir un aperçu de la défaillance des matériaux synthétiques mous et des tissus mous biologiques. Pour commencer, remplacez le support de lame monté sur scène d’origine par un porte-échantillon personnalisé et fixez l’ensemble au microscope. Réglez l’angle de la tasse en desserrant la vis à molette de réglage de l’angle, puis en déplaçant la glissière linéaire.

Réglez l’angle après l’avoir mesuré avec un rapporteur et serrez la vis à molette de réglage de l’angle. L’angle entre la jambe et le plan médian de l’échantillon thêta peut être ajusté de 8 à 45 degrés. Installez les deux poulies verticales derrière l’appareil.

Préparez un mince échantillon rectangulaire de polydiméthylsiloxane, ou PDMS, en le coupant dans une feuille plus grande ou en utilisant un moule de dimensions correctes. Les dimensions peuvent varier, mais une largeur de 1 1/2 centimètre ou moins pour un échantillon d’une épaisseur de trois millimètres ou moins est recommandée pour commencer. Utilisez une lame de rasoir pour couper l’échantillon de trois centimètres dans le sens de la longueur le long de la ligne centrale afin de créer l’échantillon en forme de Y.

Ce lien peut varier, mais les jambes doivent être assez longues pour accueillir les languettes, mais assez courtes pour laisser un échantillon non coupé pour la mesure. À l’aide d’un marqueur ou d’une encre, placer deux marques centrées et séparées d’environ un centimètre sur chacune des pattes minces et le corps de l’échantillon pour mesurer l’étirement appliqué dans chacune des trois pattes de l’échantillon sous charge. Utilisez de la colle cyanoacrylate de type adhésif pour fixer une languette imprimée en 3D ou découpée au laser à l’extrémité de chaque jambe.

Mesurez et coupez deux longueurs de ligne de pêche mince. Environ 30 centimètres de ligne sont nécessaires pour le routage interne à travers le mécanisme vers l’ensemble externe de poulies. Fixez des plaques de pesée de cinq grammes à l’extrémité des lignes passant par les poulies externes et attachez l’autre extrémité à la languette de chaque jambe.

Serrez la base de l’échantillon à l’aide de la vis à molette du porte-échantillon et acheminez la ligne pour chaque jambe de chaque côté du système de poulie. Prenez une photo de l’échantillon par le haut alors que l’échantillon est sous un poids négligeable en tenant une caméra contre la face inférieure du mécanisme de réglage de l’angle. Assurez-vous que la caméra est parallèle au plan d’échantillonnage pour minimiser les effets hors angle.

Ajouter le poids de précharge souhaité de 75 grammes aux deux extrémités de la ligne de pêche près des poulies externes. Augmentez cette quantité à 150 grammes ou diminuez-la à 50 grammes pour modifier l’apport de déchirure si désiré pour cette combinaison de matériau et de géométrie de l’échantillon. Aligner la ligne de pêche de la poulie la plus basse avec le plan Z des pattes d’échantillonnage à l’aide de la composante Z de l’étape de microréglage à trois voies.

Prenez une deuxième photo de l’échantillon après l’ajout du poids. Positionnez approximativement la pointe de lame prévue près du champ de vision de l’objectif. Placez la lame de rasoir dans le clip de lame correspondant et fixez la lame en place avec une vis de fixation.

Faites glisser cette lame de rasoir clipsée dans le support de clip de lame fixé au capteur de charge. Sélectionnez l’objectif du microscope 2,5x ou aussi haut que 20x, si des images plus proches sont souhaitées, et utilisez le réglage de la lumière transmise, en augmentant la lumière derrière l’échantillon si nécessaire. Une fois la lame en place, focalisez le microscope sur la surface la plus proche de la lame à l’aide du système de réglage vertical si nécessaire pour amener la pointe à la distance de travail appropriée pour l’objectif.

Alignez soigneusement la lame de rasoir dans le champ de vision du microscope en utilisant uniquement les directions X et Y de l’étape de microréglage à trois voies. Focalisez le microscope sur l’échantillon et alignez la pointe de la fissure avec la lame de rasoir en traduisant l’étape X/Y du microscope. Cela garantit que le fond de panier médian de l’échantillon s’aligne sur le fond de panier médian du mécanisme de réglage de l’angle.

Ouvrez le code utilisé pour l’acquisition des données du capteur de charge et commencez à enregistrer les données du capteur de charge en cliquant sur le bouton Démarrer l’enregistrement. Traduisez l’échantillon vers la lame de rasoir sur un centimètre ou plus à vitesse constante à l’aide du contrôle de l’étage du microscope. Rassemblez simultanément des images à l’aide de l’interface d’imagerie du microscope.

Lorsque l’étage X/Y du microscope s’arrête, cliquez sur le bouton Arrêter l’enregistrement pour arrêter l’enregistrement des données et enregistrer automatiquement un fichier texte de la réponse de charge et de temps. La courbe force-temps pour le polydiméthylsiloxane à l’aide d’une lame ultra tranchante est illustrée ici. Les régions de charge élastique, d’initiation de coupe, de coupe à l’état d’équilibre et de déchargement de la courbe sont étiquetées dans le graphique.

Ces données illustrent une force initiale élevée, comme c’est généralement le cas pour l’initiation de la coupe, suivie d’une force constante, indiquant une coupe à l’état d’équilibre. La force de coupe est la valeur maximale de la force dans ce régime d’état stationnaire. Les cercles rouges montrés ici correspondent à des images spécifiques obtenues par le microscope.

Un cercle jaune a été ajouté pour faciliter l’observation du mouvement du motif de mouchetures, et ces chiffres indiquent les horodatages et les secondes de l’image. La force de coupe mesurée à l’état d’équilibre combinée aux paramètres d’essai expérimentaux de l’angle thêta de jambe, de l’épaisseur de l’échantillon T, de la précharge f de la pré et du rayon de la lame donne l’énergie de coupe à l’état d’équilibre selon l’équation montrée. Ici, nous reproduisons avec succès l’énergie de coupe précédemment rapportée dans la littérature pour ces conditions.

En incorporant la découpe en forme de Y dans un microscope, nous permettons de quantifier les contributions microstructurales à la défaillance des tissus mous-solides et mous via des sondes fluorescentes, l’autofluorescence et des techniques de résistance en champ complet.