Name: 현미경 장착 Y자형 절단 테스트 수행 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-01-20T12:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 15 s
Description: 배우세요 현미경 장착 Y자형 절단 테스트를 통해 연성 고체의 파괴 에너지와 임계 표면 생성 연결 척도를 측정하는 방법을. 이 기법은 미세구조적 파괴 메커니즘을 실시간으로 관찰하여 합성 재료와 생물학적 연성 조직의 파괴 특성 연구에 활용됩니다.

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이 연구에 대한 조언을 해주신 James Phillips 박사, Amy Wagoner-Johnson 박사, Alexandra Spitzer 및 Amir Ostadi에게 감사드립니다. 자금은 일리노이 대학교 어바나-샴페인의 기계 과학 및 공학과에서 제공한 창업 보조금에서 나왔습니다. M. Guerena, J. C. Peng, M. Schmid 및 C. Walsh는 모두이 프로젝트에 대한 작업으로 수석 디자인 크레딧을 받았습니다.

1. 수정 및 소모품의 조정 및 제조
<ol><li>레이저 절단기 또는 3D 프린터를 사용하여 샘플 다리 너비 B1 및 B2(1.5cm x 7cm x 7mm x 3mm 샘플의 경우 7.5mm x 7.5mm) 내에 맞는 일회용 ABS 또는 아크릴 탭을 제조합니다(그림 1B 및 그림 2D). 각 테스트에는 각 다리에 하나씩 두 개의 탭이 필요합니다.</li>
	<li>면도날 클립 알림: 필요한 면도날 클립의 정확한 치수는 사용하는 면도날의 깊이에 따라 다릅니다.<ol><li>CAD 설계(재료 표 참조) 파일 블레이드 클립을 수정합니다. SLDPRT(보충 코딩 파일 1)는 선택한 면도날의 끝에서 클립 뒤쪽까지의 거리가 30.35mm가 되도록 클립 베이스의 너비를 변경합니다(그림 1D). 이 조정은 블레이드 끝이 다리 사이의 각도를 조정하는 데 사용되는 각도 조정 메커니즘(그림 1A 및 그림 2A)의 피벗 지점(그림 1E) 바로 아래에 유지됩니다. 알림: 이 장치는 8-20mm 깊이의 블레이드를 고정할 수 있습니다.</li>
		<li>미세 설정을 사용하여 면도날 클립을 3D 인쇄합니다(그림 1D). 3D 프린팅 오류로 인해 면도날 클립 더브테일이 인쇄된 대로 맞지 않을 수 있습니다. 이 문제를 해결하려면 사포 또는 가는 파일을 사용하여 면도날 클립 뒷면에서 손으로 칼날 클립 마운트의 슬롯에서 삽입 및 제거할 수 있지만 절단 중에는 여전히 조여질 때까지 재료를 제거합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>CAD 설계 파일 샘플 홀더를 사용하여 샘플 홀더 치수(그림 1C)를 수정합니다. SLDPRT (보충 코딩 파일 2)는 특정 현미경 스테이지의 개방에 적합합니다 (그림 2B). 장치가 전체 동작 범위를 사용할 수 있도록 하려면 홀더의 내부 공동을 가능한 한 크게 유지하는 것이 중요합니다.</li>
	<li>로드셀 홀더 참고: 굽힘형 로드셀은 많은 형상으로 제공됩니다. 로드 센서를 장착할 위치(내부 슬라이드, 그림 1E)는 선택한 로드셀에 따라 조정이 필요합니다.<ol><li>특정 로드셀을 수용하기 위해 내부 슬라이드 (그림 1E)에서 다음 치수를 조정하십시오 : 1) 장착 구멍의 위치 (현재 중심에서 중심 거리가 6mm 인 두 개의 M3 구멍); 2) 로드셀 빔의 최대 편향에 따른 로드셀 빔과 내부 슬라이드 평면 사이의 거리(현재 3mm); 3) 로드셀 형상을 수용하기 위한 높이와 너비(현재 각각 35mm 및 12.1mm). 참고: 수직 조정 시스템(그림 1E 및 그림 2A)을 방해하지 않고 사용할 수 있는 로드셀 길이 범위는 10-63mm입니다. 로드셀 크기가이 범위를 벗어나면 높이 조절 시스템을 제거하거나 풀리 암을 재 설계 / 늘리는 것이 대안입니다 (그림 1A).</li>
	</ol></li>
	<li>적절한 CAD 파일을 사용하여 장착 플랫폼과 프레임 암(그림 1A)을 사용된 특정 현미경/현미경 스테이지에 맞게 재설계합니다. 구체적으로, 프레임 암(frame arm. SLDPRT, 보충 코딩 파일 3)은 첨부를 용이하게하기 위해 수정해야 할 수도 있습니다. 풀리 암의 높이(그림 1A)(풀리 암. SLDPRT, 보충 코딩 파일 4 및 풀리arm_Mirror.SLDPRT, 보충 코딩 파일 5)도 현미경 장착 구멍의 평면 높이와 현미경 XY 스테이지의 상단 평면 높이에 따라 수정해야 할 수 있습니다. </li>
</ol>2. 기계 조립
<ol><li>모든 현미경, 로드셀, 면도날 및 샘플 구성 요소가 적절하게 수정되면 모든 구성 요소를 제조하고 장치를 구성합니다(그림 2A). 구성 요소에는 3D 인쇄, 레이저 절단 및 상업용 기성품 부품이 포함됩니다. 자세한 부품 목록은 재료 표에 나와 있습니다. 모든 부품 및 장치 어셈블리의 컴퓨터 어셈블리 도면은 보충 코딩 파일 1-17에서 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>로드셀을 장착하려면 먼저 블레이드 클립 마운트를 로드셀에 부착합니다(그림 1E). 이 어셈블리를 수직 조정 시스템의 내부 슬라이드에 부착합니다(그림 1E 및 그림 2A). 블레이드 클립 마운트, 로드셀 및 수직 조정 시스템의 내부 슬라이드의 결합 시스템을 각도 조정 메커니즘의 하단에 장착된 수직 조정 시스템(그림 1E)의 외부 슬라이드(그림 1A 및 그림 2A)에 부착합니다. 참고: 마이크로 로드셀은 깨지기 쉽습니다. 로드셀을 취급할 때 테스트 외부에서 로드셀에 가해지는 힘, 특히 로드 측정 방향의 힘을 최소화하기 위해 주의하십시오.</li>
</ol>3. 전기 조립
<ol><li>로드셀 및 데이터 수집 시스템을 설정합니다. 회로도에 따라 증폭 회로를 구축하십시오 (그림 1F, 증폭 회로도. SchDoc [보충 코딩 파일 18] 및 증폭 회로 PCB. PcbDoc [보충 코딩 파일 19]). 출력 신호를 0-5 V 입력 범위의 데이터 수집 시스템에 직접 연결하십시오. 그림 1G에 따라 회로 요소를 연결하십시오.</li>
	<li>편향 빔에 알려진 양의 분동을 놓고 교정 코드(calibrate_ni_daq.mlapp, 보충 코딩 파일 20)에 출력된 전압을 기록하여 로드셀을 교정합니다. 알려진 수량의 다른 무게에 대해 이 과정을 최소 5배 반복합니다.</li>
	<li>로드셀 교정 상수는 알려진 중량 대 전압 데이터를 라인에 피팅하여 계산합니다. 이 보정 값을 데이터 수집 코드(collect_data.mlapp, 보충 코딩 파일 21)에 입력합니다. 참고: 데이터 수집에 대한 접근 방식은 선택한 로드셀 유형에 따라 다릅니다. 본 연구에서는 최대 정격 용량 0.5N, 정격 출력(RO) 최대 반복성 0.05%, R.O. 히스테리시스 0.03%의 편향형 로드셀을 사용했습니다. ~10 mV 출력 신호는 상용 데이터 수집 (DAQ) 시스템(−5 - 5 V 입력 범위, 16비트 분해능)을 사용할 수 있도록 증폭됩니다. 그 결과, 롤링 메디안 필터를 적용한 후 20Hz의 속도로 데이터를 수집하면서 1mN보다 미세한 힘 분해능을 얻을 수 있었습니다.</li>
</ol>4. 장치 장착
<ol><li>장치가 구성되고 로드셀 및 데이터 수집 시스템이 설정되면 원래의 스테이지 장착 슬라이드 홀더를 맞춤형 샘플 홀더로 교체하십시오.</li>
	<li>어셈블리를 현미경에 부착합니다. 가능한 경우 현미경 상단 표면에 장착 구멍을 사용하십시오.</li>
	<li>각도 조정 나비 나사를 풀고 선형 슬라이드를 움직여 절단 각도를 설정합니다(그림 1A). 각도기 (그림 2A)로 측정 한 후 각도를 설정하고 각도 조절 나비 나사를 조입니다. 다리와 샘플 미드플레인 사이의 각도 θ는 8°-45°에서 조정할 수 있습니다(그림 1B).</li>
	<li>장치 뒤에 두 개의 수직 풀리를 설치하십시오.</li>
</ol>5. 샘플 준비
<ol><li>샘플 치수: PDMS의 얇은 직사각형 샘플(예: 1.5cm x 7cm x 3mm)을 더 큰 시트에서 절단하거나 올바른 치수의 금형을 사용하여 준비합니다. 치수는 다를 수 있지만 두께가 3mm 이하인 샘플의 경우 너비가 1.5cm 이하인 것이 좋습니다.</li>
	<li>다리 절단: 면도날을 사용하여 중심선을 따라 세로로 3cm 샘플을 절단하여 Y자형 샘플을 만듭니다(그림 1B). 이 길이는 다를 수 있지만 다리는 탭을 수용할 수 있을 만큼 충분히 길어야 하지만 측정을 위해 절단되지 않은 샘플을 남길 수 있을 만큼 짧아야 합니다.</li>
	<li>변형률 측정 마킹: 마커 또는 잉크를 사용하여 얇은 다리(그림 2D)와 시료 몸체(총 6개) 각각에 중앙에 약 1cm 떨어진 두 개의 표시를 배치하여 하중을 받은 3개의 시료 다리 각각에 적용된 스트레치를 측정할 수 있습니다.</li>
	<li>탭 부착: 접착제와 같은 시아노아크릴레이트 접착제를 사용하여 3D 인쇄 또는 레이저 절단 탭(1.1단계)을 각 다리 끝에 부착합니다(그림 1B 및 그림 2D).</li>
	<li>장력 라인 준비 : 얇은 낚싯줄의 두 길이를 측정하고 자릅니다. 메커니즘을 통한 내부 라우팅에는 약 30cm의 라인이 필요합니다. 라인을 외부 풀리 세트로 라우팅하기 위해 필요에 따라 더 추가합니다(4.4단계). 5g의 칭량판을 외부 풀리를 통과하는 선의 끝에 부착하고 다른 쪽 끝을 각 다리의 탭에 묶습니다.</li>
</ol>6. 샘플 장착
알림: 이 단계에서 샘플이 손상되지 않도록 현미경 대물렌즈에 닿지 않도록 주의하십시오. 대물 렌즈와 현미경 스테이지를 조정하여 샘플 장착을 위해 가능한 한 많은 공간을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
<ol><li>샘플 홀더 나비 나사를 사용하여 샘플 베이스를 고정합니다(그림 1C).</li>
	<li>풀리 시스템의 각 측면을 통해 각 다리의 라인을 라우팅합니다(그림 1A 및 그림 2A). 각도 조정 메커니즘의 아래쪽에 카메라를 대고 샘플이 무시할 수 있는 무게에 있는 동안 상단에서 샘플 사진을 찍습니다. 원근 효과를 최소화하기 위해 카메라가 샘플 평면과 평행한지 확인합니다.</li>
	<li>외부 도르래 근처의 낚싯줄 양쪽 끝에 원하는 75g의 예압 중량을 추가합니다. 이 예제 재질 및 형상에 대해 원하는 경우 이 수량을 150g으로 늘리거나 50g으로 줄여 인열 기여도를 변경합니다. 무게가 추가된 후 샘플의 두 번째 사진을 찍고 카메라가 샘플 평면과 평행한지 다시 확인합니다. 참고: 여기에 제공된 예제 가중치는 이 연구에 사용된 PDMS 샘플에 특별히 적용됩니다.</li>
	<li>3방향 미세 조정 단계의 Z 구성 요소를 사용하여 가장 낮은 풀리의 낚싯줄을 샘플 다리의 Z 평면에 맞춥니다(그림 1A). 예상되는 블레이드 팁을 대물렌즈의 시야에 가깝게 대략적으로 배치합니다(그림 2B).</li>
</ol>7. 블레이드 장착
<ol><li>면도날을 해당 칼날 클립(1.2단계)에 놓고 고정 나사로 면도날을 제자리에 고정합니다. 블레이드를 블레이드 클립(그림 1D 및 그림 2C)에 단단히 장착하여 정사각형이 되도록 합니다. 이 잘린 면도날을 로드셀에 부착된 블레이드 클립 마운트에 밀어 넣습니다(그림 1E). 알림: 블레이드는 항상 샘플을 장착한 후에 배치해야 합니다. 블레이드가 샘플 앞에 있으면 사용자에게 안전 위험이 있습니다.</li>
</ol>8. 장치 정렬
<ol><li>2.5x 현미경 대물렌즈를 선택하거나 더 가까운 이미지를 원하는 경우 최대 20x를 선택합니다.</li>
	<li>투과광 설정을 사용하여 필요한 경우 샘플 뒤의 빛을 보강합니다.</li>
	<li>블레이드가 제자리에 있는 상태에서 필요한 경우 블레이드의 수직 조정 시스템을 사용하여 현미경의 초점을 조정하여 팁을 대물렌즈에 적합한 작동 거리로 가져옵니다(그림 1E 및 그림 2A). 3방향 미세 조정 단계의 X 및 Y 방향만 사용하여 현미경의 시야 내에서 면도날을 조심스럽게 정렬합니다(그림 1A).</li>
	<li>다음으로 샘플에 현미경의 초점을 맞춥니다. 현미경 XY 스테이지(그림 2A)를 변환하여 균열 팁을 면도날(그림 1B)에 정렬하여 샘플의 미드플레인이 각도 조정 메커니즘의 미드플레인과 정렬되도록 합니다.</li>
</ol>9. 테스트
<ol><li>로드셀 데이터 콜렉션에 사용되는 코드(collect_data.mlapp, 보충 코딩 파일 21)를 엽니다.</li>
	<li>기록 시작 버튼을 클릭하여 로드셀 데이터 기록을 시작합니다.</li>
	<li>현미경 스테이지 제어를 사용하여 면도날을 통해 샘플을 일정한 속도로 1cm 이상 변환합니다. 현미경의 이미징 인터페이스를 사용하여 동시에 이미지를 수집합니다.</li>
	<li>현미경 XY 스테이지가 멈추면(그림 1A) 기록 중지 버튼을 클릭하여 데이터 기록을 중지 하고 부하 및 시간 응답의 *.txt 파일을 자동으로 저장합니다.</li>
</ol>

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</ol>

저자는 공개 할 것이 없습니다.

여기에 보고된 수평 Y자형 절단 장치는 이 고장 기술에 대한 향상된 사용 편의성과 함께 현장 이미징 기능을 가능하게 합니다. 이 장치에는 현미경에서 신속하게 장착/분리할 수 있는 모듈식/휴대용 설계와 연속적이고 사전 정렬된 다리 각도 조정이 포함되어 있습니다. 이 방법의 구현을 용이하게 하기 위해 모든 CAD 파일, 필수 재료 및 절차가 포함되었습니다. 많은 경우 (블레이드 홀더, 샘플 홀더,로드 셀 마운트, 장착 프레임) 3D 인쇄 부품은 주어진 재료 / 블레이드 또는 특정로드 셀 / 현미경에 맞게 쉽게 수정할 수 있습니다. 그러나 다음 팁은이 장치의 모든 매개 변수와 사용법에 적용됩니다. 
각 다리에 장력을 유지하는 데 사용되는 무게는 성공적인 측정에 매우 중요합니다. 가중치가 충분히 낮 으면 테스트가 즉시 실패하지 않습니다 (천천히 점진적으로 가중치를 적용하는 것이 도움이 될 수 있음). 그러나 다리를 너무 적은 힘으로 로드하면 샘플이 좌굴되어 샘플이 절단되...

비선형 연속체 역학은 연질 고체에서 실패로 이어지는 에너지 집중을 이해하는 데 중요한 렌즈를 제공했습니다1. 그러나, 이러한 실패의 정확한 예측은 또한 균열 팁 2,3에서 새로운 표면 생성에 기여하는 미세 구조적 특성에 대한 설명을 필요로 한다. 이러한 설명에 접근하는 한 가지 방법은 고장 4,5 동안 균열 팁의 현장 시각화를 사용하는 것입니다. 그러나 일반적인 원거리 파괴 테스트에서 균열 무뎌짐은 잠재적으로 현미경의 시야 밖으로 매우 변형된 재료를 퍼뜨려 현장 데이터를 획득하는 것을 어렵게 만듭니다6. Y자형 절단은 블레이드(7)의 끝단에 큰 변형 영역을 집중시키기 때문에 미세 구조 시각화를 위한 독특한 대안을 제공합니다. 또한, 우리 그룹의 이전 연구는이 독특한 실험적 접근법이 원거리 필드 찢어짐과 접촉 매개하중 조건 7 사이의 실패 응답의 차이에 대한 통찰력을 제공 할 수 있음을 보여줍니다.
여기에 제시된 장치에 사용 된 Y 자형 절단 방법은 수십 년 전에 천연 고무8의 절단 방법으로 처음 설명되었습니다. 이 방법은 사전 로드된 Y자형 시험편을 통한 고정 블레이드 푸시 절단으로 구성됩니다. "Y"의 교차점에는 직사각형 조각의 일부를 두 개의 동일한 "다리"로 분할하여 테스트 전에 생성되는 균열 팁이 있습니다(그림 1B 및 그림 2D). 이 절단 방법의 주요 장점은 측정된 절단 에너지에 대한 마찰 기여도의 감소, 가변 블레이드 형상(즉, 균열 팁 형상의 제약), 파괴율의 제어(샘플 변위 속도를 통해 ), 절단, C의 개별 튜닝, 인열, T, 총 에너지 G절단 에 대한 에너지 기여(즉, 절단 임계값을 초과하는 고장 에너지 변경)8. 후자의 기여는 절단 에너지에 대한 간단한 폐쇄 형식 표현으로 표현됩니다.9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq01v3.jpg" style="margin: auto;"> 식 (1)
샘플 두께, t, 평균 다리 변형률, 예압 하중, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">fpre 및 다리와 절단 축 사이의 각도 θ를 포함하여 실험적으로 선택된 매개 변수를 사용합니다. 절삭력 f절단은 Zhang et al.9에 자세히 설명된 대로 장치로 측정됩니다. 특히, 여기에 제시된 장치에는 다리 각도 θ를 조정하고 샘플이 중앙에 있는지 확인하기 위한 새롭고 간단하며 정확한 메커니즘이 포함되어 있습니다. 두 기능 모두 현미경 장착 설정에 중요하지만 이 메커니즘은 사용 편의성을 높여 Y자형 절단 테스트의 향후 수직 구현에도 도움이 될 수 있습니다.
연질 고체에 대한 적절한 파손 기준을 결정하는 과정은 Rivlin과 Thomas10에 의해 도입된 샘플 독립적 파괴 형상의 초기 성공 이후 계속되어 왔습니다. 임계 에너지 방출률(10), 응집 영역 법칙(11) 및 다양한 형태의 응력 또는 원거리 에너지 접근법(12,13,14)이 사용되었습니다. 최근 Zhang과 Hutchens는 후자의 접근 방식을 활용하여 반경이 충분히 작은 블레이드를 사용한 Y자형 절단이 연질 파괴7에 대한 임계값 파괴 조건, 즉 균일하고 탄성이 높은 폴리디메틸실록산(PDMS)에서 수십 나노미터에서 수백 나노미터 범위의 고장에 대한 임계값 길이 척도를 생성할 수 있음을 입증했습니다. 이러한 결과는 연속체 모델링 및 스케일링 이론과 결합되어 이러한 재료의 절단과 찢어짐 사이의 관계를 개발하여 모든 소프트 파손 모드에 대한 통찰력을 제공하는 Y자형 절단의 유용성을 입증했습니다. 그러나 소산 및 복합 재료를 포함한 많은 재료 클래스의 거동은 아직 탐구되지 않은 상태로 남아 있습니다. 이들 중 다수는 가시 광선의 파장 이상의 길이 스케일에서 미세 구조 제어 효과를 나타낼 것으로 예상됩니다. 따라서, 본 연구에서는 처음으로 Y자형 절단 동안 이들 효과의 면밀한 시각적 특성화를 허용하는 장치가 설계되었다(예를 들어, 연조직을 포함하는 복합재에서, 또는 마이크로미터 내지 밀리미터 길이 스케일(15)에서 예상되는 소산 공정에서).

<table><tbody><tr><td>Buy Parts</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1" OD 풀리</td><td>McMaster Carr</td><td>3434T75</td><td>와이어 로프용 풀리 (대형)</td></tr><tr><td>100 g 마이크로 로드셀</td><td>RobotShop</td><td>RB-Phi-203</td><td></td></tr><tr><td>1K 저항기</td><td>Digi-Key</td><td>CMF1.00KFGCT-ND</td><td>1 kOhms &plusmn; 1% 1W 스루홀 저항기 축방향 난연성 코팅, 내습성, 안전 금속 필름</td></tr><tr><td>1M 저항기</td><td>Digi-Key</td><td>RNF14FAD1M00</td><td>1 MOhms &plusmn; 1% 0.25W, 1/4W 스루홀 저항기 축방향 난연성 코팅, 안전 금속 필름</td></tr><tr><td>3/8" OD 풀리</td><td>McMaster Carr</td><td>3434T31</td><td>와이어 로프용 풀리</td></tr><tr><td>4" 투명 각도기(읽기 쉬운 표시</td><td>포함) S& S Worldwide</td><td>LR3023</td><td></td></tr><tr><td>브레드보드</td><td>ECEB</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>IC OPAMP ZERO-DRIFT 2 CIRC 8DIP</td><td>Digi-Key</td><td>LTC1051CN8#PBF-ND</td><td></td></tr><tr><td>M2 x 0.4 mm 너트</td><td>McMaster Carr</td><td>90592A075</td><td>스틸 육각 너트</td></tr><tr><td>M2 x 0.4 mm x 25 mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91292A032</td><td>18-8 스테인레스 스틸 소켓 헤드 스크류</td></tr><tr><td>M2 x 0.4 mm x 8 mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91292A832</td><td>18-8 스테인레스 스틸 소켓 헤드 나사</td></tr><tr><td>M3 x 0.5mm x 15mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91290A572</td><td>흑산화물 합금강 소켓 헤드 나사</td></tr><tr><td>M3 x 0.5mm x 16mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91294A134</td><td>흑산화물 합금강 육각 드라이브 납작머리 나사</td></tr><tr><td>M3 x 0.5mm, 4mm 높이</td><td>McMaster Carr</td><td>90576A102</td><td>중간 강도 강철 나일론 인서트 잠금 너트</td></tr><tr><td>M4 x 0.7mm 너트</td><td>McMaster Carr</td><td>90592A090</td><td>강철 육각 너트</td></tr><tr><td>M4 x 0.7mm x 15mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91290A306</td><td>흑산화물 합금강 소켓 머리 나사</td></tr><tr><td>M4 x 0.7mm x 16mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91294A194</td><td>흑산화물 합금강 육각 구동 납작머리 나사</td></tr><tr><td>M4 x 0.7mm x 18mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91290A164</td><td>흑산화물 합금강 소켓 머리 나사</td></tr><tr><td>M4 x 0.7mm x 20mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91290A168</td><td>흑산화물 합금강 소켓 머리 나사</td></tr><tr><td>M4 x 0.7mm x 20mm</td><td>McMaster Carr</td><td>92581A270</td><td>Stell 돌출 널링 헤드 나비 나사</td></tr><tr><td>M4 x 0.7mm x 30mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91290A172</td><td>흑산화물 합금강 소켓 머리 나사</td></tr><tr><td>M4 x 0.7mm x 50mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91290A193</td><td>흑산화 합금강 소켓 머리 나사</td></tr><tr><td>M4 x 0.7mm, 5mm 높이</td><td>McMaster Carr</td><td>94645A101</td><td>고강도 강철 나일론 인서트 잠금 너트</td></tr><tr><td>M5 x 0.8mm 너트</td><td>McMaster Carr</td><td>90592A095</td><td>강철 육각 너트</td></tr><tr><td>M5 x 0.8mm x 16mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91310A123</td><td>고강도 클래스 10.9 강철 육각 머리 나사</td></tr><tr><td>M5 x 0.8mm x 35mm</td><td>McMaster Carr</td><td>91290A195</td><td>흑색 산화물 합금강 소켓 머리 나사</td></tr><tr><td>M5 x 0.8 mm, 13 mm 헤드 직경</td><td>McMaster Carr</td><td>96445A360</td><td>플랜지 널링 헤드 엄지 너트</td></tr><tr><td>M5 x 0.8 mm, 5 mm 높이</td><td>McMaster Carr</td><td>90576A104</td><td>중간 강도 강철 나일론 삽입 잠금 너트</td></tr><tr><td>Solidworks</td><td>Dassault Systemes</td><td></td><td>CAD 소프트웨어</td></tr><tr><td>배선 키트</td><td>ECEB</td><td>N / A</td><td></td></tr><tr><td>XYZ 축 수동 정밀 선형 스테이지 60mm x 60mm 트리밍 베어링 튜닝 플랫폼 슬라이딩 테이블</td><td>광학Focus</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Make Parts</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Angle adjustment system- arm</td><td>3D Printing</td><td></td><td>solidworks: arms_arm_single. SLDPRT 수량: 2 설정: 빠른/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>각도 조정 시스템- 팔 고정</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>solidworks: arms_stationary. SLDPRT 수량: 1 설정: 빠른/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>각도 조정 시스템- 링크</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>solidworks: arms_arm_link. SLDPRT 수량: 2 설정: 고속/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>각도 조정 시스템- 슬라이더</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>solidworks: arms_slider. SLDPRT 수량: 1 설정: 고속/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>각도 조정 시스템- 스페이서</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>솔리드웍스: arms_front_spacer. SLDPRT 수량: 1 설정: 빠른/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>클립- 블레이드 클립</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>solidworks: 블레이드 클립. SLDPRT 수량: 1 설정: 미세/0.1mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>클립- 블레이드 클립 마운트</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>솔리드웍스: 블레이드 클립 마운트. SLDPRT 수량: 1 설정: 미세/0.1mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>프레임 암</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>솔리드웍스: 프레임 암. SLDPRT 수량: 2 설정: 고속/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>마운팅 플랫폼</td><td>레이저 컷 아크릴</td><td></td><td>솔리드웍스: 마운팅 플랫폼. SLDPRT 수량: 1</td></tr><tr><td>풀리 암 (왼쪽)</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>솔리드웍스: 풀리 arm_Mirror.SLDPRT 수량: 1 설정: 고속/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>풀리 암 (오른쪽)</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>솔리드웍스: 풀리 암. SLDPRT 수량: 1 설정: 고속/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>샘플 홀더 및 탭- 클램프</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>솔리드웍스: Clamp.SLDPRT 수량: 1 설정: 고속/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>샘플 홀더 및 탭- 샘플 홀더</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>솔리드웍스: 샘플 홀더. SLDPRT 수량: 1 설정: 빠르게/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>샘플 홀더 및 탭- 탭</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>solidworks: Tab.SLDPRT 수량: 테스트당 2개 설정: 미세/0.1mm 레이어 높이, 가장자리 없음</td></tr><tr><td>수직 조정 시스템- 내부 슬라이드</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>solidworks: 내부 슬라이드. SLDPRT 수량: 1 설정: 빠른/0.2mm 레이어 높이</td></tr><tr><td>수직 조정 시스템- 외부 슬라이드</td><td>3D 프린팅</td><td></td><td>솔리드웍스: 외부 슬라이드. SLDPRT 수량: 1 설정: 고속/0.2mm 레이어 높이</td></tr></tbody></table>

현미경 장착 y자형 절단 테스트 수행

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

Y 자형 절단은 최근 재료의 임계 길이 스케일과 파손 에너지뿐만 아니라 과도한 변형 에너지가있는 경우의 파손 반응을 이해하는 유망한 방법으로 나타났습니다. 이 연구에 사용 된 실험 장치는 수직 방향이었고 Y 자형 다리 사이의 각도를 조정하기 위해 번거로운 단계가 필요했습니다. 수직 방향은 표준 광학 현미경에서 시각화를 금지합니다. 이 프로토콜은 기존의 도립 현미경 스테이지 위에 수평으로 장착되고 대물렌즈의 시야 내에 포함되도록 3차원(X-Y-Z)으로 조정할 수 있으며 다리 사이의 각도를 쉽게 수정할 수 있는 Y자형 절단 장치를 제공합니다. 후자의 두 가지 기능은이 실험 기술에 새로운 기능입니다. 제시된 장치는 1mN 정확도 내에서 절삭력을 측정합니다. 이 기법의 기준 물질인 폴리디메틸실록산(PDMS)을 테스트할 때 132.96 J/m2의 절단 에너지(32° 다리 각도, 75 g 예압)를 측정한 결과 수직 설정(132.9 J/m 2 ± 3.4 J/m2)으로 측정한 이전 측정의 오차 내에 있는 것으로 나타났습니다. 이 접근법은 연질 합성 물질, 조직 또는 바이오 멤브레인에 적용되며 실패 중 행동에 대한 새로운 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 이 작업의 부품, CAD 파일 및 자세한 지침 목록은 이 강력한 기술을 쉽게 구현할 수 있는 로드맵을 제공합니다.

4 단계와 6 단계에서 사용 된 매개 변수와 6 단계 및 9 단계에서 수집 된 데이터가 결합되어 샘플의 절단 에너지를 산출합니다. 식 1에 따르면, 절삭 에너지를 측정하려면 샘플 두께, t, 예압 하중, fpre 및 다리와 절삭 축 사이의 각도 θ와 같은 매개 변수가 필요합니다. 절삭력, f절단 및 평균 다리 변형률, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/64546/64546eq02v2.jpg" style="margin: auto;">. 전자는 컴퓨터 코드를 통해 수집 된 강제 시간 데이터에서 비롯됩니다. 일반적인 테스트(그림 3A)의 힘-시간 데이터는 절단 시작에 일반적으로 필요한 높은 초기 힘과 일정한 힘이 뒤따르는 것을 보여 주며, 이는 정상 상태 절단을 나타냅니다. 절단력 f절단은 이 정상...

Y자형 절단은 부드러운 재료의 파괴 관련 길이 스케일과 에너지를 측정합니다. 이전 장치는 벤치탑 측정을 위해 설계되었습니다. 이 프로토콜은 설정을 수평으로 향하게 하고 광학 현미경을 통해 현장 보기와 고장 정량화에 필요한 미세 위치 지정 기능을 제공하는 장치의 제조 및 사용을 설명합니다.

현미경 장착 Y자형 절단 테스트 수행

Y-shaped cutting has recently been shown to be a promising method by which to understand the threshold length scale and failure energy of a material, as ...

Y자형 절단은 연질 솔리드에서 파손 에너지와 임계 표면 생성 링크 스케일을 측정합니다. 이 기술을 현미경에 통합하면 이러한 양을 제어하는 미세 구조 메커니즘을 쉽게 풀 수 있습니다. 전륜 하중의 전형적인 대형 심어진 균열과 달리 이 프로토콜은 플레이트 유도 스트레치 위치 파악을 사용하여 내부 고장 프로세스를 이미지화하는 데 필요한 시야를 줄입니다.상기 접근법은 연질 합성 물질 및 생물학적 연조직의 실패에 대한 통찰력을 제공 할 수있다. 시작하려면 원래 스테이지 장착 슬라이드 홀더를 맞춤형 샘플 홀더로 교체하고 어셈블리를 현미경에 부착합니다. 각도 조절 나비 나사를 풀고 선형 슬라이드를 움직여 컵의 각도를 설정합니다.각도기로 측정 한 후 각도를 설정하고 각도 조정 나비 나사를 조입니다. 다리와 샘플 미드플레인 세타 사이의 각도는 8도에서 45도까지 조정할 수 있습니다. 장치 뒤에 두 개의 수직 풀리를 설치하십시오.폴리디메틸실록산 또는 PDMS의 얇은 직사각형 샘플을 더 큰 시트에서 절단하거나 올바른 치수의 금형을 사용하여 준비합니다. 치수는 다를 수 있지만 두께가 3mm 이하인 샘플의 경우 너비가 1 1/2cm 이하인 것이 좋습니다. 면도날을 사용하여 중심선을 따라 세로로 3cm 떨어진 샘플을 절단하여 Y자형 샘플을 만듭니다.이 링크는 다를 수 있지만 다리는 탭을 수용할 수 있을 만큼 충분히 길어야 하지만 측정을 위해 절단되지 않은 샘플을 남길 수 있을 만큼 짧아야 합니다. 마커 또는 잉크를 사용하여 얇은 다리와 샘플 몸체 각각에 약 1cm 정도 중앙에 두 개의 표시를 배치하여 하중을 받는 세 개의 샘플 다리 각각에 적용된 스트레치를 측정합니다. 접착제와 같은 시아 노 아크릴 레이트 접착제를 사용하여 각 다리 끝에 3D 인쇄 또는 레이저 절단 탭을 부착하십시오.얇은 낚싯줄의 두 길이를 측정하고 자릅니다. 메커니즘을 통해 외부 풀리 세트로 내부 라우팅하려면 약 30cm의 라인이 필요합니다. 외부 풀리를 통과하는 선의 끝에 5g의 계량판을 부착하고 다른 쪽 끝을 각 다리의 탭에 묶습니다.샘플 홀더 나비 나사를 사용하여 샘플 베이스를 고정하고 풀리 시스템의 각 측면을 통해 각 다리의 라인을 라우팅합니다. 각도 조정 메커니즘의 아래쪽에 카메라를 대고 샘플이 무시할 수 있는 무게에 있는 동안 상단에서 샘플 사진을 찍습니다. 오프 앵글 효과를 최소화하기 위해 카메라가 샘플 평면과 평행한지 확인하십시오.외부 도르래 근처의 낚싯줄 양쪽 끝에 원하는 75g의 예압 중량을 추가합니다. 이 양을 150g으로 늘리거나 50g으로 줄여 재료와 샘플 형상의 조합에 대해 원하는 경우 인열 기여도를 변경합니다. 3방향 미세 조정 단계의 Z 구성 요소를 사용하여 가장 낮은 풀리의 낚싯줄을 샘플 다리의 Z 평면에 맞춥니다.무게가 추가 된 후 샘플의 두 번째 사진을 찍습니다. 예상되는 블레이드 팁을 대물렌즈의 시야에 가깝게 대략적으로 배치합니다. 면도날을 해당 칼날 클립에 놓고 고정 나사로 면도날을 제자리에 고정합니다.이 잘린 면도날을 로드셀에 부착된 블레이드 클립 마운트에 밀어 넣습니다. 2.5x 현미경 대물렌즈를 선택하거나 더 가까운 이미지를 원하는 경우 최대 20x를 선택하고 투과광 설정을 사용하여 필요한 경우 샘플 뒤의 빛을 보강합니다. 블레이드가 제자리에 있는 상태에서 필요한 경우 수직 조정 시스템을 사용하여 블레이드의 가장 가까운 표면에 현미경의 초점을 맞추고 팁을 대물렌즈에 적합한 작동 거리로 가져옵니다.3방향 미세 조정 단계의 X 및 Y 방향만 사용하여 현미경의 시야 내에서 면도날을 조심스럽게 정렬합니다. 현미경을 샘플에 집중시키고 현미경 X/Y 스테이지를 변환하여 균열 팁을 면도날과 정렬합니다. 이렇게 하면 샘플의 미드플레인이 각도 조정 메커니즘의 미드플레인과 정렬됩니다.로드셀 데이터 수집에 사용된 코드를 열고 기록 시작 버튼을 클릭하여 로드셀 데이터 기록을 시작합니다. 현미경 스테이지 제어를 사용하여 샘플을 면도날 쪽으로 일정한 속도로 1cm 이상 변환합니다. 현미경의 이미징 인터페이스를 사용하여 동시에 이미지를 수집합니다.현미경 X/Y 스테이지가 중지되면 기록 중지 버튼을 눌러 데이터 기록을 중지하고 부하 및 시간 응답의 텍스트 파일을 자동으로 저장합니다. 매우 날카로운 날을 사용하는 폴리디메틸실록산의 힘-시간 곡선이 여기에 나와 있습니다. 곡선의 탄성 하중, 절단 시작, 정상 상태 절단 및 언로딩 영역이 그래프에 표시됩니다.이 데이터는 절단 시작에 일반적으로 필요한 높은 초기 힘과 일정한 힘이 뒤따르는 것을 보여 주며, 이는 정상 상태 절단을 나타냅니다. 절삭력은 이 정상 상태 체제 내에서 힘의 최대값입니다. 여기에 표시된 빨간색 원은 현미경으로 얻은 특정 이미지에 해당합니다.스페클 패턴 모션을 쉽게 관찰할 수 있도록 노란색 원이 추가되었으며 이 숫자는 이미지 타임스탬프와 초를 나타냅니다. 측정된 정상 상태 절삭력은 다리 각도 세타, 샘플 두께 T, 예비의 예압 f 및 블레이드 반경의 실험 테스트 매개변수와 결합되어 표시된 방정식에 따라 정상 상태 절단 에너지를 생성합니다. 여기에서 우리는 이러한 조건에 대해 이전에 문헌에 보고된 절단 에너지를 성공적으로 복제합니다.Y자형 절단을 현미경에 통합함으로써 형광 프로브, 자가형광 및 전체 전계 강도 기술을 통해 연질 및 연조직 파괴에 대한 미세 구조적 기여도를 정량화할 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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현미경 장착 Y자형 절단 테스트 수행

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