Summary
这里介绍了采用2像素和多像素采样方法进行微/纳米级高精度应变分布测量的采样莫尔技术。
Abstract
这项工作描述了全场微/纳米尺度变形测量的采样莫尔技术的测量程序和原理。开发的技术可以通过两种方式进行:使用重建的多重莫尔法或空间相移采样莫尔法。当样本网格间距约为2像素时,产生2像素采样莫尔条纹以重建用于变形测量的乘法云纹图案。位移和应变灵敏度都是在同一广视野范围内的传统扫描波纹法的两倍。当样本网格间距大于或大于3像素时,产生多像素采样莫尔条纹,并组合空间相移技术进行全场变形测量。应变测量精度得到显着提高,并且易于实现自动批量测量。两种方法都可以像传统的莫尔技术一样,测量来自单点格栅图像的二维(2D)应变分布,而不旋转样品或扫描线。作为示例,在三点弯曲试验中测量了二维位移和应变分布,包括两个碳纤维增强塑料样品的剪切应变。所提出的技术预计将在各种材料的机械性能,裂纹发生和残余应力的非破坏性定量评估中发挥重要作用。
Introduction
微/纳米尺度变形测量对于评估先进材料的机械性能,不稳定行为,残余应力和裂纹发生至关重要。由于光学技术是非接触的,全场的和非破坏性的,所以已经开发了用于近几十年的变形测量的各种光学方法。近年来,微纳米尺度变形测量技术主要包括莫尔方法1,2,3,4 ,几何相位分析(GPA) 5,6 ,傅里叶变换(FT),数字图像相关(DIC)和电子散斑图案干涉测量(ESPI)。在这些技术中,由于存在多个频率,所以GPA和FT不太适用于复杂的变形测量。 DIC方法是sim因为变形载体是随机斑点,而是无噪声。最后,ESPI对振动非常敏感。
在微/纳米级莫尔方法中,目前最常用的方法是显微镜扫描莫尔法,例如电子扫描莫尔7,8,9 ,激光扫描莫尔10,11和原子力显微镜(AFM)莫尔12 ,以及一些基于显微镜的莫尔方法,例如数字/重叠莫尔13,14,15方法和乘法/分数莫尔法16,17 。扫描莫尔法具有广泛的视野,高分辨率等诸多优点并且对随机噪声不敏感。然而,传统的扫描莫尔法对于2D应变测量是不方便的,因为需要将样品台或扫描方向旋转90°并扫描两次以在两个方向18上产生莫尔条纹。旋转和双重扫描过程引入旋转误差并花费很长时间,严重影响2D应变的测量精度,特别是对于剪切应变。虽然时间相移技术19,20可以提高变形测量精度,但是它需要时间和特殊的相移装置不适于动态测试。
采样莫尔法21,22在位移测量中具有高精度,并且现在主要用于当汽车p屁股。为了将采样莫尔法扩展到微尺度/纳米尺度的2D应变测量,从2像素采样莫尔条纹开始,新开发了一种重新构成的多重波纹法,其中测量是灵敏度的两倍,保持扫描波纹法。此外,空间相移采样莫尔法也是从多像素采样莫尔条纹开发的,允许进行高精度应变测量。该协议将介绍详细的应变测量程序,并有望帮助研究人员和工程师学习如何测量变形,改进材料和产品的制造过程。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1.样品上的微/纳米级网格的确认
- 样品加工
- 将样品切割成在显微镜下使用的特定加载装置( 例如, 1×5×30mm 3 )所需的尺寸,使得观察到的表面比感兴趣区域大1.5倍。
- 对待观察的样品表面进行抛光( 例如, 1 x 30 mm 2 ),连续在自动抛光机上使用粗细砂纸( 例如,使用SiC箔#320 3分钟,然后在800 rpm下#800进行1分钟和30 N)。每次抛光步骤后,用水清洗样品。
- 抛光相同的样品表面,依次在自动抛光机上使用粗精细抛光溶液( 例如,使用DP-Spray P 15μm,5 min,P 1μm,8 min,P 0.25μm,150 rpm,10 min; 30 N)。每次抛光后用水清洗样品g步。
- 如果标本上没有定期图案,则制作微/纳米尺度网格
注意:如果样品表面上的微/纳米级上存在天然周期性图案,则可以省略此步骤。从以下选择栅极制造方法:紫外线(UV)或加热纳米压印光刻(NIL) 26 ,电子束光刻(EBL) 2和聚焦离子束(FIB)铣削6 。
注意:这里介绍了网格制作过程,以UV NIL为例。- 使用移液管在样品表面上滴2 mL紫外线抗蚀剂。
- 使用旋转涂布机以1500rpm将样品表面上的抗蚀剂涂覆60秒。
- 在0.2MPa的压力下将纳米压印模压制成抗蚀剂层。将抗蚀剂用波长为375nm的UV曝光30秒。
- 将纳米压印模具与样品表面分开。
- 使用显微镜观察样本上的网格
- 使用离子涂布机( 例如, 3Pa的涂覆30秒,溅射电流为30mA)在网格表面上涂覆厚度为3-10nm的铂或金层。
- 将样品置于激光扫描显微镜(LSM) 23下 。
注意:也可以使用其他显微镜,例如透射电子显微镜(TEM) 5 ,原子力显微镜(AFM) 12或扫描电子显微镜(SEM) 7 。 - 通过点击显微镜图像记录软件中的“捕获”和“文件|导出|图像文件”,使用显微镜调整焦点并保存一个网格图像。
- 从网格图像计算样本的网格间距(nm或μm)
- 计算超过10克的平均值在网格图像的中央区域的id间距,以避免扫描或镜头失真的潜在影响。
注意:样品上的网格可以在室温下保存几天。
- 计算超过10克的平均值在网格图像的中央区域的id间距,以避免扫描或镜头失真的潜在影响。
2.在加载测试中获取网格图像
- 显微镜下加载试验的准备
- 在显微镜下将样品固定到加载装置,例如拉伸,压缩,加热或电加载装置。
注意:如果栅格间距小于20 nm,应使用TEM或AFM。如果网格间距为20nm〜10μm,则可以使用SEM。如果网格间距大于400nm,则可以使用LSM。 - 根据具体要求设置负载速度( 例如, 0.01 mm / s)和负载或位移增量步长( 例如, 0.5 N /步或0.024 mm /步)。将负载和位移预设为零。
- 使网格冲浪ace在观察平面。通过移动或旋转显微镜的样品台,在低倍率下选择感兴趣的区域。
- 通过使图像中的网格间距大于1.8×1像素大小来选择适当的放大倍率。
注意:通常,最好使图像中的网格间距大于2像素。一个网格间距对应的像素越多,变形测量的精度越高,但测量的视场越小。
- 在显微镜下将样品固定到加载装置,例如拉伸,压缩,加热或电加载装置。
- 加载测试中的网格图像集合
- 通过点击显微镜图像记录软件中的“捕获”和“文件|导出|图像文件”来保存加载区域的网格图像。
- 开始使用加载装置的操作软件,通过施加第一加载步骤( 例如, 0.5N或0.024mm)将样品原位载入显微镜。
- 录音在显微镜的图像记录软件中单击“捕获”和“文件|导出|图像文件” ,在第一次加载步骤后( 例如, 0.5 N或0.024 mm)处理感兴趣区域的网格图像。确保显微镜的放大倍数和工作距离保持不变。
- 通过使用装载装置执行每个加载步骤继续加载样品。在每个加载步骤之后记录网格图像,直到样品断裂或直到达到某个值( 例如,负载19次,并以0.5的间隔以1 N,1.5 N,2.0 N,...,10 N记录19个网格图像N;或0.048mm,0.072mm,0.096mm,...,0.48mm,间隔为0.024mm)。确保显微镜的放大倍数和工作距离保持不变。
注意:网格图像可以任意长时间保存。
Def。之前和之后的采样莫尔条纹的生成ormation
- 网格图像中网格间距(像素)的估计
- 通过在图像处理软件( 例如, Microsoft Paint)中测量两个相邻网格点的中心之间的距离,在加载前估算网格图像中的网格间距(单位:像素)。
- 以最大负载估计网格图像中的网格间距。
- 取样间距(像素)的确定
- 当变形前后的网格间距为1.8至2.5像素时,转到步骤3.2.2。当变形前后的网格间距在2.4和3.6像素之间时跳到步骤3.2.3。当变形前后的网格间距大于3.2像素时跳到步骤3.2.4。
- 将采样间距设置为T = 2像素。跳到步骤3.3。
- 将采样间距设置为T = 3像素。跳到步骤3.3。
- 将采样间距T设置为正整数在0.75x和1.25x之间变形前后的网格间距,由丰富的模拟结果22确定 。
注意:如果有2个正整数满足步骤3.2.1和3.2.4中的要求,最好选择较大的整数作为采样间距。如果有3个或更多的正整数满足要求,最好选择中间整数,只要它比采样间距稍大一点。
- 变形前产生采样莫尔条纹
- 变形前打开网格图像。假设x方向水平向右, y方向垂直向下,坐标(0,0)位于左上角,计算x方向的图像宽度W和y方向上的图像高度H 。
注意: y方向也可以定义为垂直向上 - 转到步骤3.3.3,在y方向产生莫尔条纹。跳到步骤3.3.7在x方向产生莫尔条纹。
- 使用低通滤波器(LPF)将网格图像处理为光栅图像。例如,使用FT算法来抑制光栅,其主方向为x ,其中主方向被定义为垂直于光栅线的方向。将过滤器尺寸设置为接近网格间距。
- 通过仅从几个水平线中提取灰度值,从y = k个像素( k = 0)( 图1 )的采样间距T (T≥2)的间距( 即仅保持灰色) y = k像素, y = k + T像素,..., y = k + iT像素的采样线中的值,其中i是po坐标整数)。使最后一个采样线的坐标k + iT小于图像高度H。
- 通过用水平采样线执行图像的全场强度插值(线性或B样条),在y方向上生成采样波纹图案。
- 通过在1像素的增量步长处改变k来重复步骤3.3.4和3.3.5 T -1次,从而在y方向上生成其他T -1采样莫尔图案( 即,将变薄的起始点移动到y = k像素; k = 1,..., T -1)。
- 在步骤3.3.3-3.3.6中使用与步骤3.3.3-3.3.6相同的步骤,通过在步骤3.3.3中将x改变为y来在x方向上生成T阶梯空间相移采样莫尔图案,将图像高度H更改为图像宽度W ,并在步骤3.3中将y更改为x 。4-3.3.6。
注意: x方向上的采样间距可能与y方向不同。
- 变形前打开网格图像。假设x方向水平向右, y方向垂直向下,坐标(0,0)位于左上角,计算x方向的图像宽度W和y方向上的图像高度H 。
- 变形后产生采样莫尔条纹
- 在不同的负载下打开所有网格图像。假设网格图像的数量为N。
- 通过重复步骤3.3.3-3.3.6 N次,在y方向生成N组T阶空间相移莫尔条纹。
- 通过重复步骤3.3.7 N次,在x方向生成N组T阶梯空间相移莫尔条纹。
加载试验中样品的变形测量
- 变形前后莫尔条纹强度的确定
- 在t变形前提取T形波纹条纹的强度他的方向在步骤3.3.5和3.3.6;在步骤3.3.7中确定x方向上的莫尔强度。使用下列公式描述j ( j = x , y )方向变形前的T阶(T≥2)莫尔强度:
(1)
其中p j是在j ( j = x , y )方向变形之前的网格间距, A是调制幅度, D包括背景和较高频率强度。 - 在步骤3.4.2中,在y方向上提取T形台阶莫尔条纹的强度,并在步骤3.4.3中确定x方向上的莫尔强度。描述变形后的T级 (T≥2)莫尔强度通过将I m, j ( k ), p j , A和D改变为I 'm,j ( k ), p ' ,使用与上述相同的等式(等式1),在j ( j = x , y ) j , A '和D ',其中上标单引号意味着变形后。
注意:如果采样间距为T≥3像素,请忽略此步骤,然后跳至步骤4.3。
- 在t变形前提取T形波纹条纹的强度他的方向在步骤3.3.5和3.3.6;在步骤3.3.7中确定x方向上的莫尔强度。使用下列公式描述j ( j = x , y )方向变形前的T阶(T≥2)莫尔强度:
- 从变形前的两步采样莫尔强度( 图1a )之间的乘积干涉重建多重莫尔条纹,使用以下等式23
(2)
我在哪里, j代表强度of在变形前在j ( j = x , y )方向上重构的多重莫尔条纹。 - 使用条纹定心技术24在变形前处理重建的多重莫尔条纹。为连续的整数和半整数f j = [1,1.5,2,2.5,...]分配给重建的叠加莫尔条纹中心线的边界。
注意:如果乘法莫尔条纹太密集,则可以首先确定两步采样莫尔条纹的边界( 即,f j ( 0)= [1,0,2,0,3,0,...]和f j (1)= [0,1.5,0,2.5,0,3.5,...])。乘法莫尔条纹的边缘顺序将为f j = f j (0)+ f j (1)= [1,1.5,2,2.5,3,3.5,...]。刚体位移不会影响应变结果。 - 使用以下等式23测量变形前样品相对于采样间距的相对应变
(3)
(4)
其中u j _rela和εj _rela分别表示在j ( j = x , y )方向变形之前样品的相对位移和相对应变,γxy _rela表示变形前的相对剪切应变。 - 重复步骤4.2.1-4.2.3确定样品在x和y方向变形后的相对应变N次,改变I multi, j , I m, j (0), I m, j 在方程(2) - (4)中,对于I'multi , j , I ',(1), p ( j ),( j ), j , j , m, j (0), I 'm, j (1), p'j , A ', D ', u'j _rela (j = x,y), ε'j _rela和γ'xy _上标单引号表示变形后。
- 确定j ( j = x , y )方向上的实际正应变εj,其是网格间距和剪切应变的相对变化,γxy,这是绝对值e由变形前后相对应变载荷引起的试样网格角变化20 。
(5)
(6)
- 从变形前的两步采样莫尔强度( 图1a )之间的乘积干涉重建多重莫尔条纹,使用以下等式23
- 采样间距为T≥3像素时的变形测量
- 使用空间相移技术计算k = 0时变形前的j ( j = x , y )方向上的采样莫尔条纹的相位( 图1b ) 21
(7) - 当k = 0时,通过代替φm获得变形后的j ( j = x , y )方向上的采样莫尔条纹的相位, j和I m, j ( k )在等式(7)中分别为φ'm , j和I 'm, j ( k ),其中上标单引号表示变形后。对N个负载重复N次。
注意:如果在步骤4.3.1和4.3.2中的相位分布中存在太多的随机噪声,则可以使用sin / cos滤波器25来平滑相位。 - 确定变形前后的j ( j = x , y )方向上的采样莫尔条纹的相位差( 即 Δφm , j =φ'm , j - φm , j )。
- 测量位移u j ,正应变εj的分布j = x , y )方向,由载荷引起的试样的剪切应变γxy。使用以下等式6,21
(8)
(9)
(10)
注意:如果应变分布中的噪声太大,可以使用平均滤光片,滤光片尺寸小于2个网格间距。
- 使用空间相移技术计算k = 0时变形前的j ( j = x , y )方向上的采样莫尔条纹的相位( 图1b ) 21
- 结果存储
- 保存莫尔条纹,相位(采样间距为T≥3像素)的数据,图像形式的位移和应变,如.tif或.bmp文件和文本,如.txt或.csv文件。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
根据莫尔形成原理23和测量过程( 图1 )测量两种碳纤维增强塑料(CFRP)样品(#1和#2)的二维位移和应变分布。 CFRP样品由10-11μm直径的K13D碳纤维和环氧树脂制成。使用来自两步采样莫尔条纹的重建的叠加莫尔法确定CFRP#1的变形,并且使用来自三步采样莫尔条纹的空间相移采样莫尔法测量CFRP#2的变形。
A)CFRP#1的变形测量
CFRP#1的厚度,长度和宽度分别为1mm,22mm和4mm( 图2a )。长度d所有纤维的方向垂直于1×22mm 2的表面,其使用砂纸和抛光溶液抛光。使用UV纳米压印光刻法在抛光表面上制作具有3.0μm间距的栅格( 图2b )。将应变片贴在底部4×22mm 2的表面上,以监测最大的拉伸应变。
在激光扫描显微镜下,使用载荷夹具在支架跨度为16mm的CFRP#1上进行三点弯曲试验。根据美国测试和材料协会(ASTM)标准,跨深度比为16。当应变计值为0和0.00533( 图2b )时记录格栅图像。显微镜的物镜的倍率为5×,扫描分辨率为1024×1024。 x方向是水平的向右, y方向垂直向上。
由于在x和y方向上的CFRP#1上的网格间距在记录图像中约为2个像素,所以在变形测量中将两个方向的下采样间距设置为T = 2像素。为了避免扫描失真的潜在影响,选择尺寸为1.26×0.53mm 2的中心区域作为感兴趣的区域。从2像素向下采样和方程(2),变形后产生2步采样莫尔图案和重建的叠加莫尔图案( 图2c )。使用等式(3)和(4),计算当应变计值为0.00533时相对于采样间距的变形。类似地,也获得了应变计值为0时的相对变形。最后,实际的变形分布,使用等式(5)和(6)测量2D位移( 图2d ),2D正常应变和剪切应变( 图2e )。
从位移分布( 图2d ), x方向位移在左上角和右下角为正,但在另外两个角处为负。 y方向位移在整个区域为负,在中心区域为最小。这与弯曲试样的变形特征一致。从应变分布( 图2e ),上部区域在x方向上承受压缩应变,但在y方向上承受拉伸应变,下部区域在x方向承受拉伸应变,但在y方向上承受应力,表明有趣的变形Characteristic。剪切应变在左侧为负值,右侧为正,符合弯曲性能。
B)CFRP#2的变形测量
层叠CFRP#2的厚度,长度和宽度分别为1mm,30mm和5mm( 图3a )。有8层,每层厚度为0.13毫米。所有纤维的长度方向垂直于1×30mm 2的表面,其使用砂纸和抛光溶液进行抛光。然后使用UV纳米压印光刻在抛光表面上制作间距为3.7μm的栅格( 图3b )。
在激光扫描显微镜下,使用载荷夹具,支撑跨度为16mm进行三点弯曲试验。跨度到depth比也是16。首先记录0.2N预载荷的网格图像。当负载为10.8N,偏转为-200μm时,也记录了变形的网格图像( 图3b )。显微镜的物镜的倍率为5倍,成像变焦为120%,扫描分辨率为1024×1024像素。 x方向水平向右, y方向垂直向上。
由于在两个x和y方向的CFRP#2上的网格间距在记录图像中约为3个像素,所以在变形测量中将两个方向的下采样间距设置为T = 3像素。为了避免扫描失真的潜在影响,选择尺寸为1.15×0.49mm 2的中心区域作为感兴趣的区域。使用步骤4.3中描述的方法,将莫尔相位获得x和y方向的0.2 N和10.8 N的分配( 图3c )。确定2D平面位移( 图3d ),2D正常应变和剪切应变( 图3e )的分布。
CFRP#2的位移分布( 图3d )特征与CFRP#1( 图2d )的位移分布( 图3d )相似,只是y方向位移略有不同。 CFRP#2( 图3e )的x方向应变和剪切应变的特征也与CFRP#1( 图2e )的特征相似,与弯曲试样的变形特征一致。然而,CFRP#2的y方向应变( 图3e )是差异的因为CFRP#2是层压样本。可以从y方向应变的分布中观察到几层,其在整个区域中几乎是负的。
图1:采样云纹形成原理和测量过程。 ( a )当采样间距为T = 2像素时,从2像素采样莫尔条纹的重建莫尔条纹的产生原理。 ( b )多级相移采样莫尔条纹的形成原理以及采样间距为T≥3像素时莫尔相的测量过程。 请点击此处查看此图的较大版本。
对together.within页=“1”>
图2:CFRP#1的变形测量结果。 ( a )激光显微镜下三点弯曲试验的试验设置及试样图。 ( b )具有微格栅的CFRP#1的观测表面。 ( c )当应变计值为0.00533时,两步采样莫尔图案和重建的叠加莫尔图案。 ( d )测量的x和y方向上的位移分布。 ( e )CFRP#1的x方向, y方向和剪切应变的测量分布。 请点击此处查看此图的较大版本。
图3“class =”xfigimg“src =”/ files / ftp_upload / 55739 / 55739fig3.jpg“/>
图3:层压CFRP#2的变形测量结果。 ( a )激光显微镜下的三点弯曲试验图。 ( b )用微格栅格观察CFRP#2的表面。 ( c )在x和y方向的0.2N预载荷和10.8N负载下采样莫尔条纹的缠绕相位(范围:-π〜π)分布。 ( d )在y方向上的偏移(-200μm)未显示的x和y方向的测量位移分布。 ( e )CFRP#2的x方向, y方向和剪切应变的测量分布。 请点击此处查看此图的较大版本。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
在所描述的技术中,如果样品上没有周期性图案,则一个具有挑战性的步骤是微/纳米尺度网格或光栅(缩写为格栅)制造26 。变形前网格间距应均匀,因为它是变形测量的重要参数。如果材料是金属,金属合金或陶瓷,UV或加热纳米压印光刻(NIL) 27 ,电子束光刻(EBL) 2 ,聚焦离子束(FIB)铣削6或网格重复法26可以用过的。如果材料含有弱聚合物,则不建议进行EBL和FIB研磨。当材料的组分不耐热时,不能使用加热NIL。如果样品是薄膜,则由于不容易分离样品,所以网格复制方法难以应用。
关键的一步使用所提出的技术,变形前后的网格图像的应变测量是产生采样莫尔条纹22 ,其原理与常规干涉莫尔条纹的形成原理不同。为了产生不同的采样莫尔条纹,建议使用诸如FT算法的低通滤波器来抑制不需要的线或点。如果采样莫尔条纹在下采样后( 即,使网格图像变薄)和线性强度插值不清晰,则可以在下采样之前采用平滑滤波器,如平均滤波器。可以使用二阶甚至三阶B样条插值算法进行强度插值,以产生不同的采样莫尔条纹。
与传统的莫尔方法相比,拟应变分布测量的采样莫尔技术具有以下优点:采用简单的2D应变测量,加工简单,速度快,变形灵敏度高,测量精度高23 。可以容易地进行2D应变测量,而不需要旋转显微镜的样品台或扫描线,这在常规方法中是必需的。此外,可以测量动态变形,因为所需信息仅在每个负载下是单次格子图像。这不能用时间相移莫尔法进行,因为需要几个网格或莫尔图像以及每个负载时的时间。
虽然所描述的技术允许在微/纳米尺度下容易地进行2D应变测量,但是其具有其自身的局限性23 ,和任何其它技术一样。记录图像中的网格间距应大于1.8像素,以生成2像素或多像素采样莫尔条纹。如果图像中的网格间距大约为2 pixels,2像素采样莫尔条纹可以作为显微镜扫描莫尔条纹的替代品,在相同的放大倍率下具有相同的视野。然而,如果在显微镜的最高扫描分辨率下图像中的网格间距约为1像素,则可以直观观察到不同的扫描波纹条纹,则采样莫尔条纹将不能在相同的放大倍数下形成。虽然增加显微镜倍率可以产生采样莫尔条纹,但变形测量的视野会降低。幸运的是,商业显微镜的扫描分辨率正在改善,在大多数情况下可以产生采样莫尔条纹。扫描分辨率越高,一个网格间距的像素数越大,应变测量精度越高。
与来自2像素采样莫尔条纹的重建的叠加莫尔法相反来自多像素采样莫尔条纹的空间相移采样莫尔法具有更高的处理速度和更高的测量精度,但是更小的视野。方法的选择取决于样本网格间距的像素数,或者如果样本网格间距的像素数是可控的,则根据所需的测量精度和视场。这两种方法都可用于进行非破坏性变形测量,并对机械性能,裂纹发生和生长,残余应力,缺陷检测,结构表征等进行定量评估。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
作者没有什么可以披露的。
Acknowledgments
这项工作由JSPS KAKENHI,授权号JP16K17988和JP16K05996以及由内阁办公室经营的跨部门战略创新促进计划D66,结构材料创新测量与分析(SIP-IMASM)支持。作者也对Drs感激不尽。 NISSISISISISISHI和Kimiyoshi Naito的CFRP材料。
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Automatic Polishing Machine | Marumoto Struers K.K. | LaboPol-30, Labor Force-100 | |
Carbon Fiber Reinforced Plastic | Mitsubishi Plastics, Inc. | HYEJ16M95DHX1 | |
Computer | DELL Japan | VOSTRO | Can be replaced with another computer with C++ programming language |
Image Recording Software | Lasertec Corporation | LMEYE7 | Installed in a laser scanning microscope |
Ion Coater | Japan Electron Optics Laboratory Ltd. | JEC3000F | |
Laser Scanning Microscope | Lasertec Corporation | OPTELICS HYBRID | |
Nanoimprint Device | Japan Laser Corporation | EUN-4200 | Can be replaced with a electron beam lithography device or a focused ion beam milling device |
Nanoimprint Mold | SCIVAX Corporation | 3.0μm pitch | Customized |
Nanoimprint Resist | Toyo Gosei Co., Ltd | PAK01 | |
Polishing Solution | Marumoto Struers K.K. | DP-Spray P 15μm, 1μm, 0.25μm | Use from coarse to fine |
Pipet | AS ONE Corporation | 10mL | |
Sand Paper | Marumoto Struers K.K. | SiC Foil #320, #800 | Use from coarse to fine |
Spin Coater | MIKASA Corporation | MS-A100 |
References
- Weller, R., Shepard, B. Displacement measurement by mechanical interferometry. Proc. Soc. Exp. Stress Anal. 6 (1), 35-38 (1948).
- 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).
- Ifju, P., Han, B. Recent applications of moiré interferometry. Exp. Mech. 50 (8), 1129-1147 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Li, C., Liu, Z., Xie, H., Wu, D. Novel 3D SEM Moiré method for micro height measurement. Opt. Express. 21 (13), 15734-15746 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Liu, Z., Lou, X., Gao, J. Deformation analysis of MEMS structures by modified digital moiré methods. Opt. Lasers Eng. 48 (11), 1067-1075 (2010).
- 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).
- Patorski, K., Wielgus, M., Ekielski, M., Kaźmierczak, P. AFM nanomoiré technique with phase multiplication. Meas. Sci. Technol. 24 (3), 035402 (2013).
- 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).
- Wang, Z., Han, B. Advanced iterative algorithm for phase extraction of randomly phase-shifted interferograms. Opt. Lett. 29 (14), 1671-1673 (2004).
- 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).
- Ri, S., Fujigaki, M., Morimoto, Y. Sampling moiré method for accurate small deformation distribution measurement. Exp. Mech. 50 (4), 501-508 (2010).
- 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).
- 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).
- Dai, F., Wang, Z. Automatic fringe patterns analysis using digital processing tehniques: I fringe center method. Acta Photonica Sinica. 28, 700-706 (1999).
- Gutmann, B., Weber, H. Phase-shifter calibration and error detection in phase-shifting applications: a new method. Appl. Opt. 37 (32), 7624-7631 (1998).
- 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).
- 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).