Artykuł metodologiczny

Pomiar rozkładu odkształceń w skali mikro/nano na podstawie pobierania próbek prążków mory

DOI:

10.3791/55739

⸱

23 maja 2017

 ,  , 
1Research Institute for Measurement and Analytical Instrumentation, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Technika próbkowania mory z 2-pikselowymi i wielopikselowymi metodami próbkowania do bardzo dokładnych pomiarów rozkładu odkształceń w skali mikro/nano jest tutaj prezentowana.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca opisuje procedurę pomiarową i zasady techniki próbkowania mory do pomiarów deformacji w skali mikro/nano w pełnym polu. Opracowana technika może być realizowana na dwa sposoby: metodą zrekonstruowanego prążkowania mory lub metodą przestrzennego próbkowania mory z przesunięciem fazowym. Gdy rozstaw siatki próbki wynosi około 2 pikseli, generowane są 2-pikselowe prążki mory próbkowania w celu zrekonstruowania wzoru mory mnożenia w celu pomiaru deformacji. Zarówno czułość na przemieszczenie, jak i odkształcenie są dwukrotnie wyższe niż w tradycyjnej metodzie skanowania mory przy tym samym szerokim polu widzenia. Gdy rozstaw siatki próbki wynosi około lub więcej niż 3 piksele, generowane są wielopikselowe prążki mory do próbkowania, a technika przestrzennego przesunięcia fazowego jest łączona w celu pomiaru deformacji całego pola. Dokładność pomiaru odkształcenia jest znacznie poprawiona, a automatyczny pomiar partii jest łatwo osiągalny. Obie metody umożliwiają pomiar dwuwymiarowego (2D) rozkładu odkształceń na podstawie pojedynczego obrazu siatki bez obracania próbki lub linii skanowania, jak w tradycyjnych technikach mory. Na przykład przemieszczenie 2D i rozkład odkształceń, w tym odkształcenia ścinające dwóch próbek tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym, zostały zmierzone w testach zginania trzypunktowego. Oczekuje się, że proponowana technika odegra ważną rolę w nieniszczących ocenach ilościowych właściwości mechanicznych, występowania pęknięć i naprężeń szczątkowych różnych materiałów.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Pomiary deformacji w skali mikro/nano są niezbędne do oceny właściwości mechanicznych, niestabilności, naprężeń szczątkowych i występowania pęknięć w zaawansowanych materiałach. Ponieważ techniki optyczne są bezkontaktowe, pełnopolowe i nieniszczące, w ciągu ostatnich kilku dekad opracowano różne metody optyczne pomiaru odkształceń. W ostatnich latach techniki pomiaru deformacji w skali mikro/nano obejmują głównie metody mory1,2,3,4, geometryczna analiza fazowa (GPA)5,6, transformacja Fouriera (FT), cyfrowa korelacja obrazu (DIC) i elektronowa interferometria plamkowa (ESPI). Wśród tych technik GPA i FT nie nadają się do złożonych pomiarów deformacji, ponieważ istnieje wiele częstotliwości. Metoda DIC jest prosta, ale bezsilna wobec szumu, ponieważ nośnikiem deformacji jest losowa plamka. Wreszcie, ESPI jest bardzo wrażliwy na wibracje.

Wśród metod mory w skali mikro/nano, obecnie najczęściej stosowanymi metodami są metody mory skaningowej pod mikroskopem, takie jak mora skanująca elektronami7,8,9, skanowanie laserowe moiré10,11, oraz mikroskop sił atomowych (AFM) moiré12oraz niektóre metody mory oparte na mikroskopie, takie jak cyfrowa/nakładająca się mora < class="xref">13,14,15 oraz metoda mnożenia/ułamkowej mory16,17. Metoda skanowania mory ma wiele zalet, takich jak szerokie pole widzenia, wysoka rozdzielczość i niewrażliwość na przypadkowe szumy. Jednak tradycyjna metoda skanowania mory jest niewygodna w przypadku pomiarów odkształceń 2D, ponieważ konieczne jest obrócenie stolika próbki lub kierunku skanowania o 90° i dwukrotne skanowanie w celu wygenerowania prążków mory w dwóch kierunkach18. Procesy rotacji i podwójnego skanowania wprowadzają błąd obrotu i zajmują dużo czasu, co poważnie wpływa na dokładność pomiaru odkształcenia 2D, szczególnie w przypadku odkształcenia ścinającego. Chociaż technika czasowego przesunięcia fazowego19,20 może poprawić dokładność pomiaru odkształceń, wymaga czasu i specjalnego urządzenia do przesunięcia fazowego, które nie nadaje się do testów dynamicznych.

Metoda próbkowania mory21,22 ma wysoką dokładność w pomiarach przemieszczeń i jest obecnie używana głównie do pomiarów ugięcia na mostach, gdy przejeżdżają samochody. Aby rozszerzyć metodę próbkowania mory na pomiary odkształceń 2D w skali mikro/nano, opracowano zrekonstruowaną metodę mory mnożenia23 z 2-pikselowych prążków mory do próbkowania, w której pomiary są dwa razy bardziej czułe i zachowane jest szerokie pole widzenia metody mory skanującej. Co więcej, metoda przestrzennego próbkowania mory z przesunięciem fazowym została również opracowana z wielopikselowych prążków mory, co pozwala na bardzo dokładne pomiary odkształceń. Protokół ten wprowadzi szczegółową procedurę pomiaru odkształceń i ma pomóc naukowcom i inżynierom w nauce pomiaru odkształceń, usprawniając procesy produkcyjne materiałów i produktów.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Potwierdzenie siatki mikro/nanoskali na próbce

  1. Obróbka skrawaniem próbki
    1. Przyciąć próbkę do rozmiaru wymaganego przez specjalne urządzenie ładujące używane pod mikroskopem (np. 1 x 5 x 30 mm3), sprawiając, że obserwowana powierzchnia jest 1,5 raza większa niż obszar zainteresowania.
    2. Wypolerować powierzchnię badanej próbki (np. 1 x 30 mm2), kolejno za pomocą gruboziarnistego i drobnego papieru ściernego na automatycznej maszynie do polerowania (np. użyć folii SiC #320 przez 3 min, a następnie #800 przez 1 min przy 150 obr./min i 30 N). Wyczyść próbkę wodą po każdym etapie polerowania.
    3. Wypolerować tę samą powierzchnię próbki, kolejno za pomocą roztworów do polerowania zgrubnego i dokładnego na automatycznej maszynie polerskiej (np. użyć DP-Spray P 15 μm przez 5 min, P 1 μm przez 8 min i P 0,25 μm przez 10 min przy 150 obr./min i 30 N). Wyczyść próbkę wodą po każdym etapie polerowania.
  2. Wytwarzanie siatki w skali mikro/nano, jeżeli na próbce nie ma wzoru okresowego
    UWAGA: Ten krok można pominąć, jeśli na powierzchni próbki istnieje naturalny wzór okresowy w skali mikro/nano. Wybierz metodę wytwarzania siatki spośród następujących: litografia ultrafioletowa (UV) lub litografia nanoodciskowa z ogrzewaniem (NIL)26, litografia wiązką elektronów (EBL)2 i frezowanie wiązką jonów skupionych (FIB)6.
    UWAGA: Proces produkcji siatki jest przedstawiony tutaj, na przykładzie UV NIL.
    1. Upuść 2 ml odpornego na promieniowanie UV na powierzchnię próbki za pomocą pipety.
    2. Pokryj rezystancję na powierzchni próbki za pomocą powlekarki wirowej z prędkością 1 500 obr./min przez 60 s.
    3. Dociśnij formę nanoodciskową do warstwy rezystancyjnej pod ciśnieniem 0,2 MPa. Wystaw rezystor na działanie promieniowania UV o długości fali 375 nm przez 30 s.
    4. Oddziel formę nanoodciskową od powierzchni próbki.
  3. Obserwacja siatki na próbce za pomocą mikroskopu
    1. Warstwę platyny lub złota o grubości 3-10 nm należy pokryć na powierzchni siatki za pomocą powlekarki jonowej (np. powlekanie przez 30 s przy 3 Pa prądem rozpylania 30 mA).
    2. Umieść próbkę pod laserowym mikroskopem skaningowym (LSM)23.
      UWAGA: Można również używać innych mikroskopów, takich jak transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM)5, mikroskop sił atomowych (AFM)12, lub skaningowy mikroskop elektronowy (SEM)7.
    3. Dostosuj ostrość i zapisz jeden obraz siatki za pomocą mikroskopu, klikając "Przechwyć" i "Plik | Eksport | Image File" w oprogramowaniu do rejestracji obrazu mikroskopu.
  4. Obliczanie skoku siatki (nm lub μm) próbki na podstawie obrazu siatki
    1. Oblicz średnią wartość więcej niż 10 podziałek siatki w centralnym obszarze obrazu siatki, aby uniknąć potencjalnego wpływu skanowania lub zniekształcenia obiektywu.
      UWAGA: Siatkę na próbce można przechowywać przez kilka dni w temperaturze pokojowej.

2. Akwizycja obrazów siatki w teście obciążeniowym

  1. Przygotowanie próby obciążeniowej pod mikroskopem
    1. Przymocuj próbkę do urządzenia ładującego, takiego jak urządzenie do rozciągania, ściskania, ogrzewania lub elektrycznego obciążenia pod mikroskopem.
      UWAGA: Jeśli rozstaw siatki jest mniejszy niż 20 nm, należy użyć TEM lub AFM. Jeśli skok siatki wynosi od 20 nm do 10 μm, można zastosować SEM. Jeśli skok siatki jest większy niż 400 nm, można użyć LSM.
    2. Ustaw prędkość obciążenia (np. 0,01 mm/s) oraz krok przyrostowy obciążenia lub przemieszczenia (np. 0,5 N/krok lub 0,024 mm/krok) zgodnie z konkretnymi wymaganiami. Ustaw zarówno obciążenie, jak i przemieszczenie na zero.
    3. Wykonaj powierzchnię siatki na płaszczyźnie obserwacji. Wybierz obszar zainteresowania przy małym powiększeniu, przesuwając lub obracając stolik na próbki mikroskopu.
    4. Wybierz odpowiednie powiększenie, ustawiając rozstaw siatki na obrazie większy niż 1,8× rozmiar jednego piksela.
      UWAGA: Zazwyczaj lepiej jest, aby rozstaw siatki na obrazie był większy niż 2 piksele. Im większej liczbie pikseli odpowiada jeden skok siatki, tym większa dokładność pomiaru odkształcenia, ale tym mniejsze pole widzenia pomiaru.
  2. Zbieranie obrazów siatki w teście obciążeniowym
    1. Zapisz obraz siatki obszaru zainteresowania przed załadowaniem, klikając "Przechwyć" i "Plik | Eksport | Image File" w oprogramowaniu do rejestracji obrazu mikroskopu.
    2. Rozpocznij ładowanie próbki in situ do mikroskopu, wywierając pierwszy stopień obciążenia (np. 0.5 N lub 0.024 mm) za pomocą oprogramowania operacyjnego urządzenia ładującego.
    3. Zapisz obraz siatki obszaru zainteresowania po pierwszym kroku obciążenia (np. na 0,5 N lub 0,024 mm), klikając "Przechwyć" i "Plik | Eksport | Image File" w oprogramowaniu do rejestracji obrazu mikroskopu. Upewnij się, że powiększenie i odległość robocza mikroskopu pozostają niezmienione.
    4. Kontynuuj ładowanie próbki, wykonując każdy stopień ładowania za pomocą urządzenia ładującego. Zapisuj obraz siatki po każdym kroku obciążenia, aż próbka zostanie zerwana lub do momentu osiągnięcia określonej wartości (np. załaduj 19 razy i zapisz 19 obrazów siatki w odstępach 1,5 N, 1,5 N, 2,0 N, ..., 10 N, w odstępach 0,5 N lub w odstępach 0,048 mm, 0,072 mm, 0,096 mm, ..., 0,48 mm, w odstępach 0,024 mm). Upewnij się, że powiększenie i odległość robocza mikroskopu pozostają niezmienione.
      UWAGA: Obrazy siatki można zapisywać przez dowolnie długi okres czasu.

3. Generowanie próbkowania prążków mory przed i po deformacji

  1. Szacowanie rozstawu siatki (piksele) na obrazach siatki
    1. Oszacuj rozstaw siatki (jednostka: piksel) na obrazie siatki przed załadowaniem, mierząc odległość między środkami dwóch sąsiednich punktów siatki w oprogramowaniu do przetwarzania obrazu (np. Microsoft Paint).
    2. Oszacuj rozstaw siatki na obrazie siatki przy maksymalnym obciążeniu.
  2. Określanie skoku próbkowania (piksel)
    1. Przejdź do kroku 3.2.2, gdy rozchylenia siatki przed i po deformacji wynoszą od 1,8 do 2,5 piksela. Przejdź do kroku 3.2.3, gdy nachylenie siatki przed i po deformacji wynosi od 2,4 do 3,6 piksela. Przejdź do kroku 3.2.4, gdy nachylenie siatki przed i po deformacji jest większe niż 3,2 piksela.
    2. Ustaw wysokość próbkowania na T = 2 piksele. Przejdź do kroku 3.3.
    3. Ustaw skok próbkowania na T = 3 piksele. Przejdź do kroku 3.3.
    4. Ustaw skok próbkowania T na dodatnią liczbę całkowitą w zakresie 0,75x i 1,25x podziałów siatki przed i po deformacji, określonych na podstawie licznych wyników symulacji22.
      UWAGA: Jeśli istnieją 2 dodatnie liczby całkowite, które spełniają wymagania w krokach 3.2.1 i 3.2.4, lepiej jest wybrać większą liczbę całkowitą jako wysokość próbkowania. Jeśli istnieją 3 lub więcej dodatnich liczb całkowitych, które spełniają wymagania, lepiej jest wybrać środkową liczbę całkowitą, o ile jest ona nieco większa niż wysokość próbkowania.
  3. Generowanie próbkowania prążków mory przed deformacją
    1. Otwórz obraz siatki przed deformacją. Zakładając, że kierunek x jest poziomy w prawo, kierunek y jest pionowo w dół, a współrzędna (0, 0) znajduje się w lewym górnym rogu, oblicz szerokość obrazu W w kierunku x i wysokość obrazu H w kierunku y.
      UWAGA: Kierunek y można również zdefiniować jako pionowo w górę.
    2. Przejdź do kroku 3.3.3, aby wygenerować prążki mory w kierunku y. Przejdź do kroku 3.3.7, aby wygenerować prążki mory w kierunku x.
    3. Przetwarzaj obraz siatki na obraz siatkowy za pomocą filtra dolnoprzepustowego (LPF). Na przykład należy użyć algorytmu FT, aby wygasić kratę o kierunku głównym x, gdzie kierunek główny jest zdefiniowany jako kierunek prostopadły do linii siatki. Ustaw rozmiar filtra tak, aby był zbliżony do skoku siatki.
    4. Rozrzedzić obraz siatki, wyodrębniając tylko wartości szarości w kilku poziomych liniach, z odstępami próbkowania T (T ≥2) od y = k pikseli (k = 0) (Rysunek 1) (tj. zachowaj wartości szarości tylko w liniach próbkowania y = k pikseli, y = k + T pikseli, ... , y = k + iT pikseli, gdzie i jest dodatnią liczbą całkowitą). Spraw, aby współrzędna ostatniej linii próbkowania, k + iT, była mniejsza niż wysokość obrazu H.
    5. Wygeneruj próbkowany wzór mory w kierunku y, wykonując interpolację intensywności całego pola (liniową lub B-splajn) obrazu za pomocą poziomych linii próbkowania.
    6. Wygenerować inne wzory mory próbkowania T-1 w kierunku y, powtarzając kroki 3.3.4 i 3.3.5 T-1 razy, zmieniając k w kroku przyrostowym 1 piksela (tj. przesuwając punkt początkowy rozrzedzania do y = k pikseli; k = 1, ..., T-1).
    7. Użyj tych samych procedur w krokach 3.3.3-3.3.6, aby wygenerować przestrzenne wzorce mory z przesunięciem fazowym w kroku T w kierunku x, zmieniając x na y w kroku 3.3.3, zmieniając wysokość obrazu H na szerokość obrazu W i zmieniając y na x w krokach 3.3.4-3.3.6.
      UWAGA: Skok próbkowania w kierunku x może różnić się od dźwięku w kierunku y.
  4. Generowanie próbkowania prążków mory po deformacji
    1. Otwórz wszystkie obrazy siatki przy różnych obciążeniach. Załóżmy, że liczba obrazów siatki wynosi N.
    2. Wygeneruj N grup przestrzennych prążków mory z przesunięciem fazowym w kształcie litery T w kierunku y, powtarzając kroki 3.3.3-3.3.6 N razy.
    3. Wygeneruj N grup przestrzennych prążków mory z przesunięciem fazowym w kształcie litery T w kierunku x, powtarzając krok 3.3.7 N razy.

4. Pomiar deformacji próbki w teście obciążeniowym

  1. Wyznaczanie intensywności prążków mory przed i po deformacji
    1. Wyodrębnić intensywności prążków mory kroku T przed deformacją w kierunku y w krokach 3.3.5 i 3.3.6; określić te intensywności mory w kierunku x w kroku 3.3.7. Opisz intensywność mory w kroku T (T ≥2) przed deformacją w kierunku j (j = x, y) za pomocą następującego równania23:
      figure-protocol-1 (1)
      gdzie pj jest skokiem siatki przed odkształceniem w kierunku j (j = x, y), A jest modulowaną amplitudą, a D obejmuje tło i natężenia wyższej częstotliwości.
    2. Wyodrębnić intensywność prążków mory w kroku T po odkształceniu w kierunku y w kroku 3.4.2 i określić te intensywności mory w kierunku x w kroku 3.4.3. Opisz intensywność mory w kroku T (T ≥ 2) po odkształceniu w kierunku j (j = x, y), używając tego samego równania co powyżej (równanie 1), zmieniając Im,j(k), pj, A i D na I'm,j(k), p'j, A' i D', odpowiednio, gdzie indeks górny pojedynczy cudzysłów oznacza po deformacji.
      UWAGA: Jeśli skok próbkowania wynosi T ≥ 3 piksele, zignoruj ten krok i przejdź do kroku 4.3.
  2.  
    1. Zrekonstruuj prążki mory mnożenia z interferencji multiplikatywnej między dwuetapowymi intensywnościami mory próbkowania (Rysunek 1a) przed deformacją, korzystając z następującego równania23
      figure-protocol-2 (2)
      gdzie Imnogość, j oznacza intensywność zrekonstruowanych prążków mory mnożenia w kierunku j ( j = x, y) przed deformacją.
    2. Zrekonstruowane prążki mory multiplikacyjnej przed deformacją za pomocą techniki centrowania prążków24. Przypisz kolejne liczby całkowite i półcałkowite fj = [1, 1,5, 2, 2,5, ...] do rzędów prążków na osiach środkowych zrekonstruowanej mory mnożenia.
      UWAGA: Jeżeli prążki mory mnożenia są zbyt gęste, najpierw można określić rzędy prążków mory dwuetapowej próbkowania (tj. fj(0) = [1, 0, 2, 0, 3, 0, ...] i fj(1) = [0, 1,5, 0, 2,5, 0, 3,5, ...]). Porządek prążków mory mnożenia będzie następujący: fj = fj(0) + fj(1) = [1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, ...]. Przemieszczenie korpusu sztywnego nie będzie miało wpływu na wynik odkształcenia.
    3. Zmierz względne odkształcenie próbki przed odkształceniem w stosunku do skoku próbki, korzystając z następujących równań23
      figure-protocol-3 (3)
      figure-protocol-4 (4)
      gdzie uj_rela i εj_rela reprezentują względne przemieszczenie i względne odkształcenie próbki przed odkształceniem odpowiednio w kierunku j (j = x, y), a γxy_rela wyraża względne odkształcenie ścinające przed odkształceniem.
    4. Powtórzyć kroki 4.2.1-4.2.3 w celu wyznaczenia względnych odkształceń próbki po odkształceniu w kierunkach x i y dla N razy, zmieniając Imulti, j, Im,j(0), Im,j(1), pj, A, D, uj_rela (j = x, y), εj_rela i γxy_rela w równaniach (2)-(4) do I'multi,j, I'm,j(0), I'm,j(1), p'j, A', D', u'j_rela (j = x, y), ε'j_rela i γ'xy_rela, gdzie indeks górny pojedynczy cudzysłów oznacza po odkształceniu.
    5. Określ rzeczywiste odkształcenie normalne ε j w kierunku j (j = x, y), który jest względną zmianą skoku siatki i odkształcenia ścinającego, γxy, co jest bezwzględną zmianą kąta siatki próbki spowodowaną obciążeniem od odkształceń względnych przed i po odkształceniu20.
      figure-protocol-5 (5)
      figure-protocol-6 (6)
  3. Pomiar deformacji, gdy skok próbkowania wynosi T ≥ 3 piksele
    1. Oblicz fazę próbkowania prążków mory w kierunku j (j = x, y) przed deformacją, gdy k = 0 (Rysunek 1b) przy użyciu techniki przestrzennego przesunięcia fazowego21
      figure-protocol-7 (7)
    2. Otrzymać fazę próbkowania prążków mory w kierunku j (j = x, y) po odkształceniu, gdy k = 0, zastępując φm,j i Im,j(k) w równaniu (7) przez φ'm,j i I'm,j(k), gdzie pojedynczy cudzysłów w indeksie górnym oznacza po odkształceniu. Powtórz N razy dla N obciążeń.
      UWAGA: Jeśli w krokach 4.3.1 i 4.3.2 występuje zbyt wiele losowych szumów, do wygładzenia faz można użyć filtra sin/cos25.
    3. Określić różnicę faz prążków mory próbkowania w kierunku j (j = x, y) przed i po deformacji (tj. Δφm, j = φ'm, j-φ m, j).
    4. Zmierz rozkłady przemieszczenia uj, odkształcenia normalnego ε j w kierunku j (j = x, y) oraz odkształcenia ścinającego γxy próbki spowodowanego obciążeniem. Użyj następujących równań6,21
      figure-protocol-8 (8)
      figure-protocol-9 (9)
      figure-protocol-10 (10)
      UWAGA: Jeśli w rozkładach odkształceń występuje zbyt duży szum, można użyć przeciętnego filtra wygładzającego, o rozmiarze filtra mniejszym niż 2 skoki siatki.
  4. Przechowywanie wyników
    1. Zapisuj dane prążków mory, faz (gdy skok próbkowania wynosi T ≥3 pikseli), przemieszczeń i odkształceń w postaci obrazów, takich jak pliki .tif lub .bmp, oraz tekstu, takiego jak pliki .txt lub .csv.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rozkład przemieszczeń i odkształceń 2D dwóch próbek tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym (CFRP) (#1 i #2) został zmierzony zgodnie z zasadą tworzenia mory23 i procesem pomiaru (Rysunek 1). Próbki CFRP zostały wykonane z włókien węglowych K13D o średnicy 10-11 μm i żywic epoksydowych. Deformację CFRP #1 określono za pomocą zrekonstruowanej metody mory mnożeniowej z dwuetapowego próbkowania prążków mory, a odkształcenia CFRP...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W opisanej technice jednym z trudnych etapów jest wytwarzanie siatki lub siatki w skali mikro/nano (w skrócie siatki)26 , jeśli na próbce nie ma okresowego wzoru. Skok siatki powinien być jednolity przed odkształceniem, ponieważ jest to ważny parametr do pomiaru odkształcenia. Jeśli materiał jest metalem, stopem metalu lub ceramiką, można zastosować litografię UV lub nanoodcisk z nanowwydrukiem (NIL)27, litografię wiązką elektronów (EBL)2, frezowanie...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez JSPS KAKENHI, granty o numerach JP16K17988 i JP16K05996, oraz przez Międzyministerialny Program Promocji Innowacji Strategicznych, Jednostka D66, Innowacyjne Pomiary i Analizy Materiałów Konstrukcyjnych (SIP-IMASM), obsługiwane przez biuro gabinetu. Autorzy są również wdzięczni doktorom Satoshi Kishimoto i Kimiyoshi Naito z NIMS za ich materiał CFRP.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Automatyczna maszyna do polerowaniaMarumoto Struers K.K.LaboPol-30, Labor Force-100
Tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem węglowymMitsubishi Plastics, Inc. 
KomputerDELL JapanVOSTROMożna zastąpić innym komputerem z językiem programowania C++
Oprogramowanie do nagrywania obrazuLasertec CorporationLMEYE7Zainstalowany w laserowym mikroskopie skaningowym
Powlekarka jonowaJapan Electron Optics Laboratory Ltd.
Laserowy mikroskop skaningowyLasertec CorporationOPTELICS HYBRID
Nanoimprint DeviceJapan Laser Corporation EUN-4200Może być zastąpiony urządzeniem do litografii wiązką elektronów lub urządzeniem do mielenia skupionej wiązki jonów
Nanoimprint MoldSCIVAX Corporation3.0μ m skokDostosowana
odporność na nanonadrukToyo Gosei Co., Ltd PAK01
Roztwór do polerowaniaMarumoto Struers K.K.DP-Spray P 15μ m, 1μ m, 0,25μ mStosować od grubej do drobnej
pipetyAS ONE Corporation10 ml
papieru ściernegoMarumoto Struers K.K.Folia SiC #320, #800Zastosowanie od grubej do drobnej
powlekarki wirowejMIKASA CorporationMS-A100
HYEJ16M95DHX1JEC3000F

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Weller, R., Shepard, B. Displacement measurement by mechanical interferometry. Proc. Soc. Exp. Stress Anal. 6 (1), 35-38 (1948).
  2. Kishimoto, S., Egashira, M., Shinya, N. Microcreep deformation measurements by a moiré method using electron beam lithography and electron beam scan. Opt. Eng. 32 (3), 522-526 (1993).
  3. Ifju, P., Han, B. Recent applications of moiré interferometry. Exp. Mech. 50 (8), 1129-1147 (2010).
  4. Zhang, H., Wu, C., Liu, Z., Xie, H. A curved surface micro-moiré method and its application in evaluating curved surface residual stress. Meas. Sci. Technol. 25 (9), 095002(2014).
  5. Zhang, H., Liu, Z., Wen, H., Xie, H., Liu, C. Subset geometric phase analysis method for deformation evaluation of HRTEM images. Ultramicroscopy. 171, 34-42 (2016).
  6. Wang, Q., Kishimoto, S., Xie, H., Liu, Z., Lou, X. In situ high temperature creep deformation of micro-structure with metal film wire on flexible membrane using geometric phase analysis. Microelectron. Reliab. 53 (4), 652-657 (2013).
  7. Wang, Q., Kishimoto, S. Simultaneous analysis of residual stress and stress intensity factor in a resist after UV-nanoimprint lithography based on electron moiré fringes. J. Micromech. Microeng. 22 (10), 105021(2012).
  8. Kishimoto, S., Wang, Q., Xie, H., Zhao, Y. Study of the surface structure of butterfly wings using the scanning electron microscopic moiré method. Appl. Opt. 46 (28), 7026-7034 (2007).
  9. Li, C., Liu, Z., Xie, H., Wu, D. Novel 3D SEM Moiré method for micro height measurement. Opt. Express. 21 (13), 15734-15746 (2013).
  10. Xie, H., Wang, Q., Kishimoto, S., Dai, F. Characterization of planar periodic structure using inverse laser scanning confocal microscopy moiré method and its application in the structure of butterfly wing. J. Appl. Phys. 101 (10), 103511(2007).
  11. Tang, M., Xie, H., Wang, Q., Zhu, J. Phase-shifting laser scanning confocal microscopy moiré method and its applications. Meas. Sci. Technol. 21 (5), 055110(2010).
  12. Xie, H., Kishimoto, S., Asundi, A., Boay, C. G., Shinya, N., Yu, J., Ngoi, B. K. In-plane deformation measurement using the atomic force microscope moiré method. Nanotechnology. 11 (1), 24(2000).
  13. Xie, H., Liu, Z., Fang, D., Dai, F., Gao, H., Zhao, Y. A study on the digital nano-moiré method and its phase shifting technique. Meas. Sci. Technol. 15 (9), 1716(2004).
  14. Wang, Q., Kishimoto, S., Yamauchi, Y. Three-directional structural characterization of hexagonal packed nanoparticles by hexagonal digital moiré method. Opt. Lett. 37 (4), 548-550 (2012).
  15. Liu, Z., Lou, X., Gao, J. Deformation analysis of MEMS structures by modified digital moiré methods. Opt. Lasers Eng. 48 (11), 1067-1075 (2010).
  16. Li, Y., Xie, H., Chen, P., Zhang, Q. Theoretical analysis of moiré fringe multiplication under a scanning electron microscope. Meas. Sci. Technol. 22 (2), 025301(2010).
  17. Patorski, K., Wielgus, M., Ekielski, M., Kaźmierczak, P. AFM nanomoiré technique with phase multiplication. Meas. Sci. Technol. 24 (3), 035402(2013).
  18. Wang, Q., Ri, S., Takashita, Y., Ogihara, S., et al. Chapter 33: Full-field measurements of principal strains and orientations using moiré fringes. Advancement of Optical Methods in Experimental Mechanics. Yoshida, S., et al. 3, Springer. 251-259 (2017).
  19. Wang, Z., Han, B. Advanced iterative algorithm for phase extraction of randomly phase-shifted interferograms. Opt. Lett. 29 (14), 1671-1673 (2004).
  20. Wang, Q., Xie, H., Hu, Z., Zhang, J., Sun, J., Liu, G. Residual thermo-creep deformation of copper interconnects by phase-shifting SEM moiré method. Appl. Mech. Mater. 83, 185-190 (2011).
  21. Ri, S., Fujigaki, M., Morimoto, Y. Sampling moiré method for accurate small deformation distribution measurement. Exp. Mech. 50 (4), 501-508 (2010).
  22. Ri, S., Muramatsu, T. Theoretical error analysis of the sampling moiré method and phase compensation methodology for single-shot phase analysis. Appl. Opt. 51 (16), 3214-3223 (2012).
  23. Wang, Q., Ri, S., Tsuda, H. Digital sampling Moiré as a substitute for microscope scanning Moiré for high-sensitivity and full-field deformation measurement at micron/nano scales. Appl. Opt. 55 (25), 6858-6865 (2016).
  24. Dai, F., Wang, Z. Automatic fringe patterns analysis using digital processing tehniques: I fringe center method. Acta Photonica Sinica. 28, 700-706 (1999).
  25. Gutmann, B., Weber, H. Phase-shifter calibration and error detection in phase-shifting applications: a new method. Appl. Opt. 37 (32), 7624-7631 (1998).
  26. Wang, Q., Kishimoto, S., Tanaka, Y., Kagawa, Y. Micro/submicro grating fabrication on metals for deformation measurement based on ultraviolet nanoimprint lithography. Opt. Lasers Eng. 51 (7), 944-948 (2013).
  27. Min-Jin, T., Hui-Min, X., Yan-Jie, L., Xiao-Jun, L., Dan, W. A new grating fabrication technique on metal films using UV-nanoimprint lithography. Chin. Phys. Lett. 29 (9), 098101(2012).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Sampling Moir TechniqueMicro Nano Scale StrainTwo Pixel Sampling MoirMulti Pixel Sampling MoirSpatial Phase ShiftingReconstruction Multiplication MoirFull Field Deformation MeasurementCarbon Fiber Reinforced PlasticThree Point Bending TestNon Destructive Quantitative Evaluation

Powiązane artykuły