Esecuzione di test di taglio a forma di Y montati su microscopio

Il taglio a forma di Y misura l'energia di guasto e una scala di collegamento di creazione di superfici critiche nei solidi morbidi. Incorporare questa tecnica in un microscopio facilita lo svelamento dei meccanismi microstrutturali che governano queste quantità. In contrasto con la grande fessura piantata tipica del caricamento della ruota anteriore, questo protocollo utilizza la localizzazione dell'allungamento indotta dalla piastra per ridurre il campo visivo necessario per visualizzare il processo di guasto interno.

L'approccio può fornire informazioni sul fallimento dei materiali sintetici molli e dei tessuti molli biologici. Per iniziare, sostituire il supporto per vetrini montato sul palco originale con un supporto per campioni personalizzato e collegare il gruppo al microscopio. Impostare l'angolo della tazza allentando la vite a testa zigrinata e quindi spostando la slitta lineare.

Impostare l'angolo dopo averlo misurato con un goniometro e stringere la vite a pollice per regolare l'angolo. L'angolo tra la gamba e il theta del piano medio del campione può essere regolato da 8 a 45 gradi. Sistemare le due pulegge verticali dietro l'apparecchio.

Preparare un sottile campione rettangolare di polidimetilsilossano, o PDMS, tagliandolo da un foglio più grande o utilizzando uno stampo delle dimensioni corrette. Le dimensioni possono variare, ma si consiglia una larghezza di 1 1/2 centimetri o meno per un campione con uno spessore di tre millimetri o inferiore per iniziare. Utilizzare una lametta per tagliare il campione di tre centimetri longitudinalmente lungo la linea centrale per creare il campione a forma di Y.

Questo collegamento può variare, ma le gambe dovrebbero essere abbastanza lunghe da ospitare le linguette, ma abbastanza corte da lasciare un campione non tagliato per la misurazione. Utilizzando un pennarello o inchiostro, posizionare due segni centrati e separati di circa un centimetro su ciascuna delle gambe sottili e sul corpo del campione per misurare l'allungamento applicato in ciascuna delle tre gambe del campione sotto carico. Utilizzare colla cianoacrilica adesiva per attaccare una linguetta stampata in 3D o tagliata al laser alla fine di ogni gamba.

Misurare e tagliare due lunghezze di lenza sottile. Sono necessari circa 30 centimetri di linea per il routing interno attraverso il meccanismo al set esterno di pulegge. Attaccare piastre di pesatura da cinque grammi all'estremità delle linee che passano attraverso le pulegge esterne e legare l'altra estremità alla linguetta su ciascuna gamba.

Bloccare la base del campione utilizzando la vite a testa zigrinata portacampioni e instradare la linea per ciascuna gamba attraverso ciascun lato del sistema di pulegge. Scattare una foto del campione dall'alto mentre il campione è sotto peso trascurabile tenendo una fotocamera contro la parte inferiore del meccanismo di regolazione dell'angolo. Assicurarsi che la fotocamera sia parallela al piano di campionamento per ridurre al minimo gli effetti off-angle.

Aggiungere il peso di precarico desiderato di 75 grammi ad entrambe le estremità della lenza vicino alle pulegge esterne. Aumentare questa quantità a 150 grammi o ridurla a 50 grammi per modificare il contributo di strappo, se lo si desidera, per questa combinazione di materiale e geometria del campione. Allineare la lenza dalla puleggia più bassa con il piano Z delle gambe campione utilizzando la componente Z dello stadio di microregolazione a tre vie.

Scatta una seconda foto del campione dopo aver aggiunto il peso. Posizionare approssimativamente la punta della lama prevista vicino al campo visivo dell'obiettivo. Posizionare la lama del rasoio nella clip della lama corrispondente e fissare la lama in posizione con una vite di fissaggio.

Far scorrere questa lama di rasoio agganciata nel supporto della lama collegato alla cella di carico. Selezionare l'obiettivo del microscopio 2,5x o fino a 20x, se si desiderano immagini più ravvicinate, e utilizzare l'impostazione della luce trasmessa, aumentando la luce dietro il campione, se necessario. Con la lama in posizione, focalizzare il microscopio sulla superficie più vicina della lama utilizzando il sistema di regolazione verticale, se necessario, per portare la punta alla distanza di lavoro appropriata per l'obiettivo.

Allineare con attenzione la lama del rasoio all'interno del campo visivo del microscopio utilizzando solo le direzioni X e Y dello stadio di microregolazione a tre vie. Focalizzare il microscopio sul campione e allineare la punta della fessura con la lama del rasoio traslando lo stadio X/Y del microscopio. Ciò garantisce che il piano intermedio del campione si allinei con il piano medio del meccanismo di regolazione dell'angolo.

Aprire il codice utilizzato per l'acquisizione dei dati della cella di carico e avviare la registrazione dei dati della cella di carico facendo clic sul pulsante Avvia registrazione. Traslare il campione verso la lama del rasoio per un centimetro o più a velocità costante utilizzando il controllo dello stadio del microscopio. Raccogli simultaneamente immagini utilizzando l'interfaccia di imaging del microscopio.

Quando lo stadio X/Y del microscopio si arresta, fare clic sul pulsante Interrompi registrazione per interrompere la registrazione dei dati e salvare automaticamente un file di testo della risposta di caricamento e tempo. La curva forza-tempo per il polidimetilsilossano utilizzando una lama ultra affilata è mostrata qui. Le regioni di carico elastico, di inizio taglio, di taglio stazionario e di scarico della curva sono etichettate nel grafico.

Questi dati illustrano un'elevata forza iniziale, come è tipicamente richiesto per l'avvio del taglio, seguita da una forza costante, che indica il taglio stazionario. La forza di taglio è il valore massimo della forza all'interno di questo regime di stato stazionario. I cerchi rossi mostrati qui corrispondono a immagini specifiche ottenute dal microscopio.

È stato aggiunto un cerchio giallo per facilitare l'osservazione del movimento del modello di speckle e questi numeri indicano timestamp e secondi dell'immagine. La forza di taglio misurata allo stato stazionario combinata con i parametri di prova sperimentali del theta dell'angolo della gamba, dello spessore del campione T, del precarico f del precarico e del raggio della lama produce l'energia di taglio allo stato stazionario secondo l'equazione mostrata. Qui, replichiamo con successo l'energia di taglio precedentemente riportata in letteratura per queste condizioni.

Incorporando il taglio a forma di Y in un microscopio, consentiamo la quantificazione dei contributi microstrutturali al fallimento dei tessuti molli-solidi e molli tramite sonde fluorescenti, autofluorescenza e tecniche di resistenza a pieno campo.