우리는 주문 품 기계 테스트 장치를 사용 하 여 하위 밀리미터 규모 섬유에 3 포인트 벤딩 테스트를 수행 하기 위한 프로토콜을 제시. 소자 최대 10 N 20 µN에서 배열 하는 힘을 측정할 수 있으며 따라서 다양 한 섬유 크기를 수용할 수 있습니다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
이 논문에서
요약
초록
많은 생물학 구조 (LBBSs) 베어링 로드-깃털 rachises 등 spicules-작은 (< 1 m m)만 아니라 미세한. 이러한 LBBSs의 굴곡 동작을 측정 하는 것은 그들의 놀라운 기계적 기능의 유래를 이해 하기 위한 중요 한입니다.
우리는 10-5 에서 101 N, 변위 10-2 m까지 10-7 에서 이르기까지 세력을 측정할 수 있는 맞춤식 기계 테스트 장치를 사용 하 여 3-포인트 벤딩 테스트 수행을 위한 프로토콜을 설명 합니다. 이 기계 장치를 테스트의 주요 장점은 힘 및 변위 용량 쉽게 다른 LBBSs에 대 한 조정 될 수 있다입니다. 소자의 동작 원리는 원자 힘 현미경의 비슷합니다. 즉, 강제는 캔틸레버의 끝에 연결 된 부하 포인트는 LBBS에 적용 됩니다. 부하 지점 변위 섬유 광섬유 변위 센서에 의해 측정 하 고 측정 된 캔틸레버 강성을 사용 하 여 힘으로 변환. 장치의 힘 범위 다른 stiffnesses의 캔틸레버를 사용 하 여 조정할 수 있습니다.
장치의 기능 가지 해양 스폰지 Euplectella aspergillum의 골격 요소에 3 포인트 벤딩 테스트를 수행 하 여 보여 줍니다. 골격 요소-spicules로 알려진-는 실리 카 섬유를 약 50 µ m 직경에서. 우리는 spicules ≈1.3 m m 범위와 3-포인트 절곡 설비에 장착 기계 테스트 장치를 보정 하는 절차를 설명 하 고 테스트는 절곡 수행. 스피큘와 적용 된 힘의 위치에서 그것의 편향도에 적용 되는 힘 측정 됩니다.
서론
로드 베어링 생물학 구조 (LBBSs), 껍질과 뼈 등의 구조를 공부 하 여 엔지니어는 강력 하 고 거친 1는 새로운 복합 재료를 개발 했습니다. 그것은 LBBSs과 바이오 영감 들의 뛰어난 기계적 특성 그들의 복잡 한 내부 구조 2에 관련 된 표시 되었습니다. 그러나, LBBS 구조와 기계적 특성 간의 관계 완전히 이해 되지 않는다. LBBS의 기계적 응답을 측정 하는 것은 그것의 건축의 기계적 특성을 향상 하는 어떻게 이해를 향한 첫 걸음입니다.
그러나, 그것은 LBBS의 기계적 응답을 측정 하는 데 사용 하는 테스트 종류에는 그것의 기계적인 기능와 일치. 예를 들어 깃털 공기 역학적 로드를 지원 해야 합니다, 깃털 rachis의 기본 기능 이므로 굴곡 강성 3를 제공 하. 따라서, 벤딩 테스트는 기계적 응답을 측정 하기 위한 단축 인장 시험을 선호. 사실, 많은 LBBSs에에서-깃털 rachises 3, 같은 잔디 줄기 4, 그리고 spicules 5,
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
프로토콜
1. 어셈블리 및 맞춤
- 외팔보의 강성은 의도 된 실험에 대 한 적절 한 선택. #4-40 소켓 헤드 캡 나사 (SHCSs) ( 그림 3 참조)를 사용 하 여 외팔보에 LP를 연결 합니다. 구부러지는 하지 LP를 연결 하는 동안 공가 팔을 변형 처리.
그림 3: 캔틸레버 조립 절차 힘 센서 및 측정 그것의 뻣 뻣 함. (A) 부하 포인트 (LP) 캔틸레버 (C), 위쪽으로 지적 부하 포인트 팁 (LPT) 연결 되어. (B) 캔틸레버 LP 서브 CP로 표시 된 캔틸레버 플레이트에 첨부. 캔틸레버 판의 recessed 주머니 외팔보 팔 아래 표시 됩니다. (C) 캔틸레버 플레이트 프레임의 아래쪽에 연결 (B....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
결과
어떤 기계적인 테스트의 가장 기본적인 출력은 표본과 힘이 적용 되는 위치의 변위에 적용 되는 힘의 크기 이다. 3-포인트 벤딩 테스트의 경우 목표는 LPT에 의해 적용 되는 힘의 크기를 얻을 것입니다 
, 및에서 LPT 아래 견본의 횡단면의 변위는 
방향, 
. 그러나, 여기에 설명 된 기계 테스트 장치에 대 한 몇 가지 후 처리 단계 수행 해야 합니다 2, 4 단계와 5 단계 프로토콜의 원하는이에서 얻은 출력 데이터
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
토론
프로토콜의 여러 단계는 힘과 변위는 정확 하 게 측정 하는 보장에 대 한 특히 중요 하다. 이러한 중요 한 단계 중 일부는 모든 3-포인트 벤딩 테스트 유니버설, 동안 다른이 기계 테스트 장치에 독특합니다.
Lp로 거울 청소 하 고 긁힌 자국이 들어, 검사 프로토콜의 단계 1.2 및 프로토콜의 단계 1.6 FODS 이득 설정 됩니다. 그것은 이득 및 단계 2, 4및 5 의 프로토콜에 대 한 상수로 LP 거울 반사율에 대 한 중요 하다. 이러한 이유로, 두 교정 단계 (단계 2와 4 는 프로토콜) 벤딩 테스트 (5 단계/프로토콜) 직전 수행 되어야 한다.
1.9 단계
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
공개 사항
저자는 공개 없다.
감사의 글
이 작품은 [재료 역학과 구조 프로그램, 번호 1562656를 부여]; 국립 과학 재단에 의해 지원 되었다 그리고 [Haythornthwaite 영 조사 상] 기계 엔지니어의 미국 사회.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| TMC 36" x 48" 격리 테이블(4인치 포함) CleanTop 브레드보드 | TMC | 63-563 | 격리 테이블 |
| 다양한 나사 조절기 | Thorlabs | DAS110 | 무대 레벨링 플레이트용 |
| 1" 트래블 마이크로미터 헤드 0.001" 눈금 | Thorlabs | 150-801ME | 무대 레벨링 플레이트용 |
| PT 시리즈 번역 스테이지용 직각 브래킷, 1/4"- 20개의 장착 구멍 | Thorlabs | PT102 | 현미경 마운트용 |
| 1" Dovetail Translation Stage, 1/4"-20 Taps | Thorlabs | DT25 | 현미경 마운트용 |
| 1" Translation Stage with 1/4"-170 Adjustment Screw, 1/4"-20 Taps | Thorlabs | PT1B | For microscope mount |
| 12" Length, Dovetail Optical Rail | Edmund Optics | 54-401 | For 현미경 마운트 |
| 2.5" 너비, Dovetail Carrier | Edmund Optics | 54-404 | 현미경 마운트 |
| 0.5" 너비, Dovetail Carrier | Edmund Optics | 54-403 | 현미경 마운트 |
| InfiniTube Mounting C-Clamp with ¼-20 | Edmund Optics | 57-788 | Microscope component |
| Standard (with No In-Line Attachment), InfiniTube | Edmund Optics | 56-125 | 현미경 구성 요소 |
| 표준 인라인 어태치먼트 (2X-10X에서 최적화), InfiniTube, | Edmund Optics | 56-126 | 현미경 구성 요소 |
| , Mitutoyo/Achrovid 대물렌즈 어댑터(M26 - M27) | Edmund Optics | 53-787 | 현미경 구성 요소 |
| 5X Infinity Achrovid Microscope 대물 | 렌즈, Edmund Optics | 55-790 | 현미경 구성 |
| 요소0.316" ID, 광섬유 어댑터 SX-6 | Edmund Optics | 38-944 | 현미경 구성 요소 |
| ¼ "x 36", 유연한 광섬유 광 가이드 | Edmund Optics | 42-347 | 현미경 구성 요소 |
| 115V, MI-150 광섬유 조명기 w/IR 필터 및 홀더 | Edmund Optics | 55-718 | 현미경 구성 요소 |
| Allied Vision Manta G-223 2/3" 컬러 CMOS 카메라 | Edmund Optics | 88-452 | |
| Manta/ Guppy Pro/ Stingray/ Pike | Edmund Optics용 현미경 구성 요소 전원 공급 장치 | 68-586 | 현미경 구성 요소 |
| 1/4" 여행 단일 축 변환 스테이지 | Thorlabs | MS1S | FODS 마이크로미터 |
| 아날로그 반사율 종속 광섬유 변위 센서 | Philtec | D20 | FODS |
| 30V, 3A DC 전원 공급 장치 | Agilent | U8001A | DAQ 및 FODS용 전원 공급 장치 |
| 14비트, 48kS/s 저비용 다기능 DAQ | National 인스트루먼트 | FODS용 | USB-6009 |
| 3축 전동 변환 스테이지 | Thorlabs | Thorlabs T25 XYZ-E/ | M 번역 스테이지 |
| T-Cube DC 서보 모터 컨트롤러 | Thorlabs | TDC001 | 스테이지용 모터 컨트롤러 |
| T-Cube 전원 공급 장치 | Thorlabs | TPS001 | 모터 컨트롤러용 전원 공급 장치 |
| National Instruments LabVIEW (2013 SP1) | 소프트웨어 | 실행에 사용되는 | |
| National Instruments LabVIEW Vision Acquisition Software (2016) | 실행에 사용되는 | National Instruments | |
| Nikon Eclipse Ci-POL Main Body | MVI | MDA96000 | 편광 현미경 |
| Nikon Pi 분석기가있는 중간 튜브 슬라이더 | MVI | MDB45305 | 편광 현미경 |
| Nikon Dia-Polarizer | MVI | MDN11920 | 편광 현미경 |
| 전원 코드 - 7'6" | MVI | 79035 | 편광 현미경 |
| Nikon P-Amh 기계식 스테이지 | MVI | MDC45000 | 편광 현미경 |
| Nikon Lwd Achromat 콘덴서 | MVI | MBL16100 | 편광 현미경 |
| Nikon LV-NBD5BD-CH 수동 Quint Nosepiece ESD | MVI | MBP60125 | 편광 현미경 |
| Nikon C-TF 삼안 튜브 F | MVI | MBB93100 | 편광 현미경 |
| Nikon CFI 10X 접안 렌즈 FN 22mm NC | MVI | MAK10110 | 편광 현미경 |
| Nikon TU Plan Flour BD 10x Objective | MVI | MUE42100 | 편광 현미경 |
| Venus Flower Basket Sponge | Denis Brand | N/A | 스폰지 스켈레톤 |
| 3.5X 헤드밴드 플립업 확대경 | McMaster Carr | 1490T5 | 스피큘 절편 |
| Ø에 사용됨; 1" 실리콘 웨이퍼, 타입 P / < 100> | Ted Pella | 16011 | 로드 포인트 미러에 사용 |
| 낮은 린트 테이퍼 팁 면봉 | McMaster Carr | 71035T31 | LP 미러 청소에 사용 |
| 고무 그립 정밀 나이프 | McMaster Carr | 35575A68 | 스피큘 절단에 사용 |
| 현미경 슬라이드, 젖빛 끝, 75 x 25 x 1mm | Ted Pella | 260409 | 스피큘 |
| 절단에 사용세이블 브러시, #00000, 0.08mm W x 4.0mm L | Ted Pella | 11806 | 스피큘 처리에 사용 |
| PELCO Pro 고정밀 핀셋, 초미세 팁, 우수한 마감 | Ted Pella | 5367-5NM | 스피큘 처리에 사용 |
| Dual Axis Linear Scale Micrometer | Edmund Optics | 58-608 | 현미경 보정에 사용 |
| FLEX-A-TOP FT-38 CAS | ESD 플라스틱 용기 | FT-38-CAS | 스피큘 보관에 사용 |
| 플라스틱 바이알 Bullseye Level | McMaster Carr | 2147A11 | 스테이지 레벨링에 사용 |
| 분석 저울 | Mettler Toledo | MS105DU | 분동을 대량 교정하는 데 사용됩니다. |
참고문헌
- Wegst, U. G., Bai, H., Saiz, E., Tomsia, A. P., Ritchie, R. O. Bioinspired structural materials. Nat. Mater. 14 (1), 23-36 (2015).
- Meyers, M. A., McKittrick, J., Chen, P. Y. Structural biological materials: critical mechanics-materials connections. Science. 339 (6121), 773-779 (2013).
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재인쇄 및 허가
