다층 물고기 비늘 (의 특성 Atractosteus 주걱) 나노 인 덴 테이션, X-선 CT, FTIR, 및 SEM을 사용하여

이 절차의 전반적인 목표는 X선 컴퓨터 단층 촬영, 변환 적외선 분광법을 위한 나노 압흔 및 에너지 분산 X선 분광법과 결합된 주사 전자 현미경을 수행하여 다층 광물화된 물고기 비늘의 구조, 화학적 및 기계적 특성을 결정하는 것입니다. 이는 먼저 스케일에서 연조직을 제거하고 스케일을 장착 및 절단한 다음 단계적 연마를 수행하여 분석을 위해 개별 스케일을 준비함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 다이아몬드 퍼코비치 팁으로 스케일의 단면을 따라 공간적으로 상관된 나노 압흔을 수행하여 국소 나노 기계적 특성을 결정하는 것입니다.

다음으로, FTIR 현미경으로 물고기 비늘 층의 내부 및 외부 층을 검사하여 각 층의 주요 작용기를 식별합니다. 마지막 단계는 주사 전자 현미경의 EDX 검출기를 사용하여 국소 화학 조성을 물고기 비늘에서 만들어진 나노 압흔과 연관시키고 다른 층 및 파괴 표면에서 움푹 들어간 곳의 이미지를 캡처하는 것입니다. 궁극적으로 이러한 다양한 실험 기법을 결합함으로써 광물화된 물고기 비늘의 자연 설계 원리는 구조적 특성 관계에 대한 이해를 통해 규명됩니다.

벌크 통계적 나노 압입과 같은 다른 기존 테스트 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 실제로 화학 조성 구조와 국소 기계적 특성 사이에 직접적인 상관 관계를 제공한다는 것입니다. 그러나 관심 지역에서는 구조적 생체 재료의 공간 분포와 화학적 조성 구조 및 기계적 특성을 연구하기 위해 이 방법을 실제로 적용했습니다. 또한 시멘트 기반 재료, 다상 복합재 및 마이크로미터 및 나노미터 길이 스케일에서 이질성을 나타내는 모든 유형의 이종 재료를 포함한 많은 응용 분야가 있습니다.

어류 비늘 단축의 가로 부분을 검사하려면 시중에서 판매되는 플라스틱 샘플 홀더를 사용하여 피쉬 스케일을 직경 32mm 샘플 틀에 잡고 에폭시에 장착하는 동안 샘플의 방향을 올바르게 유지하십시오. 샘플이 금형에 고정되면 경화되지 않은 에폭시를 샘플에 붓습니다. 제조업체의 지시에 따라 에폭시가 경화되도록 한 후, 샘플의 정중선에서 다이아몬드 블레이드 고정밀 절단 톱을 사용하여 장착된 샘플을 절단합니다.

샘플이 나노에 로드되고 덴트 입력이 완료되면 소프트웨어 컨트롤을 사용하여 샘플을 첫 번째 인덴트 위치로 이동하고 15마이크로미터 간격으로 4개의 병렬 인덴트 행을 수행하여 이 위치에서 시작하여 통계적으로 유의미한 데이터 세트를 얻습니다. 그런 다음 나노 압흔을 최대 5밀리뉴턴의 로드, 초당 0.1밀리뉴턴의 로딩 및 언로드 속도, 30초의 전체 시간, 각 행에 대해 5마이크로미터의 최소 인덴트 간격으로 설정합니다. 배치가 완료되면 나노 압입의 절반은 첫 번째 및 마지막 압입에서 최대 하중이 100밀리뉴턴인 기준 압입체를 생성하며, 이는 각각 아노에 층 앞과 뼈 층 뒤에 에폭시에 있어야 합니다.

나노 압흔 후 추가 탈수를 방지하기 위해 샘플을 PBS 용액에 다시 넣습니다. 가장 긴 치수가 검출기와 평행이 되도록 샘플을 단단히 장착합니다. 스캐너를 설정한 후 스티로폼 및 파라폼과 같이 X선에 투명한 재료를 사용하여 장착된 샘플을 스캐너 스테이지에 고정합니다.

회전 중심에 오도록 샘플을 배치합니다. 스캔하는 동안 전체 스케일이 시야에 있을 수 있는 가장 높은 해상도(이 경우 7.5마이크로미터)를 선택합니다. 데이터 수집 후 X선 투영 이미지를 재구성하여 단면 이미지를 포함하는 데이터 세트를 생성합니다.

그런 다음 소프트웨어를 사용하여 최종 3D 그레이 스케일 이미지를 얻습니다. 그레이 스케일 범위를 적절한 수준으로 조정하여 스티로폼 및 파라폼에서 아티팩트를 제거합니다. 연마된 샘플의 나노 움푹 들어간 부분에 대한 SEM 또는 주사 전자 현미경 이미징의 경우, 움푹 들어간 표면이 위를 향하도록 양면 탄소 테이프를 사용하여 샘플을 SEM 스텁에 부착합니다. 다음으로, 표본을 SEM 챔버에 넣고 챔버를 저진공 모드로 펌핑합니다.

작동 거리를 3.0mm에서 5.0mm 사이로 조정합니다. 고전압을 활성화하고 표본의 관심 영역으로 이동하며, 이 경우 아노에 및 뼈 층에 존재하는 구조입니다. 그런 다음 5킬로볼트에서 15킬로볼트 사이의 고전압과 3.9나노 암페어의 더 낮은 빔 전류에서 이미지를 얻습니다.

해상도를 개선하려면 저진공 후방 산란 전자 BSE 검출기를 사용하여 250 x 에서 10, 000 x 배율로 최소 3개의 관심 영역에서 이미지를 캡처하여 바이오 미네랄 함량 및 밀도의 변화를 식별할 수 있습니다. 그런 다음, 각 들여쓰기 줄의 끝에 기준 표시로 표시된 나노 압입 그리드를 포함하는 연마된 표본의 관심 영역으로 이동합니다. 높은 볼륨이tage는 15킬로볼트 이상입니다.

빔 전류는 최소 3.9나노 암페어이고 작동 거리는 5.0mm보다 큽니다. 그런 다음 EDX를 사용하여 분석할 영역의 후방 산란 전자 이미지를 캡처합니다. EDX 분석 소프트웨어 사용.

움푹 들어간 선을 따라 화학 분석을 수행할 영역을 찾는 데 도움이 되도록 동일한 이미지를 캡처합니다. 다음으로, 라인 분석 기법을 사용하여 첫 번째 인덴트에서 시작하여 마지막 인덴트에서 끝나는 인덴트의 관심 라인을 따라 화학 분석을 수행할 라인을 배치합니다. 화학적 조성과 기계적 특성 간의 직접적인 공간 상관 관계를 제공하기 위해 존재하는 들여쓰기 수와 동일한 숫자를 사용하여 선을 따라 배치할 해석 점의 수를 지정합니다.

선이 배치되고 점이 올바르게 지정된 경우. 라인 분석을 완료한 후 EDX 소프트웨어를 사용하여 라인 분석을 시작합니다. 표본의 연마된 표면에서 지정된 선을 따라 얻은 점 스펙트럼에서 정량화할 관심 요소를 식별합니다.

관심 요소가 식별되면 brem straw 폐 방사선 및 기타 효과를 설명하기 위해 배경 보정을 수행합니다. 소프트웨어의 디콘볼루션 해석 옵션을 선택하면 지정된 선을 따라 각 점에 대한 정량 분석을 통해 각 지점의 화학 조성을 정량화할 수 있습니다. 마지막으로, 아노에 층에서 나노 압흔을 사용하여 측정된 기계적 특성과의 공간적 상관관계를 돕기 위해 분석된 지정된 선의 이미지와 함께 정량적 화학 분석 결과를 저장하면 나노 압입은 69.0기가파스칼의 평균 계수와 3.3기가

나노 압흔은 뼈층에 대한 평균 계수 14.3 기가 파스칼과 0.5 기가 파스칼의 경도를 결정했습니다. 아노에층과 뼈층은 화학적 조성에 정량화할 수 있는 차이를 포함하고 있습니다. 뼈층의 탄소 급증은 낮은 광물화에 기인할 수 있으며, 이로 인해 탄소가 증가하고 BSE 이미지 밝기가 감소하며, 뼈와 ENE 층의 FTIR 스펙트럼은 바깥쪽 gwe 층에서 하이드록시아파타이트 시그니처를, 내부 뼈 층에서는 콜라겐 시그니처를 보여줍니다.

X선 컴퓨터 단층 촬영은 gwe 층이 비늘이 겹치는 뼈 층을 덮지 않는다는 것을 보여줍니다. 밝은 회색의 뼈 층은 밀도가 높고 단단하며 뻣뻣한 반면 어두운 회색 뼈 층은 밀도가 낮고 뻣뻣함이 적습니다. ging layer center 근처에 투명한 구덩이가 관찰되어 불균일성을 보여줍니다.

에칭된 파괴 표면의 저배율 SEM 이미지는 FTIR 고배율 SEM과 상관관계가 있는 ging 층에 대해 층상 패턴으로 조직된 나노 구조를 나타내며, 에칭된 파괴 표면의 이미지는 ging 층에서 배향된 나노 막대를 보여주고 나노 구조와 같은 섬유는 뼈 층에서 관찰됩니다. 이 기술은 생체 재료 및 복합 재료에 대한 추가 연구를 통해 화학 조성 구조 및 기계적 특성의 공간 분포를 연구하고 다상 복합 재료의 계면을 조사할 수 있는 길을 열었습니다. 자, 이 비디오를 시청한 후에는 표본을 준비하고 분석을 수행하여 화학적 조성을 구조적 생체 재료의 구조 및 기계적 특성과 공간적으로 연관시키는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.

이러한 기술은 다른 유형의 이종 다상 재료를 연구하는 데에도 적용 가능하고 적용할 수 있습니다.