Миллиметр на изгиб тестирования системы шкалы для измерения механических свойств морской губкой спикулы

Michael A. Monn; Jarod Ferreira; Jianzhe Yang; Haneesh Kesari

doi:10.3791/56571

Method Article

Миллиметр на изгиб тестирования системы шкалы для измерения механических свойств морской губкой спикулы

DOI:

10.3791/56571

⸱

October 11th, 2017

Michael A. Monn¹ , Jarod Ferreira¹ , Jianzhe Yang¹ , Haneesh Kesari¹

¹School of Engineering, Brown University

Summary

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

Мы представляем протокол для выполнения 3 точка изгиба тесты на суб миллиметровой шкалы волокон с помощью заказных механическое устройство тестирования. Устройство можно измерить силы, начиная от 20 µN до 10 N и поэтому может вместить различных размеров волокна.

Abstract

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

Многие нагрузки с учетом биологических структур (LBBSs) — например, перо rachises и спикулы — маленькие (< 1 мм), но не микроскопические. Измерения изгиба поведение этих LBBSs важно понять происхождение их замечательной механических функций.

Мы описываем протокол выполняет три точки изгиба тестов с помощью заказных механические испытания устройство, которое можно измерить сил от 10^-5 до 10¹ N и перемещения, начиная от 10^-7 до 10 м^-2 . Основное преимущество этого механические испытания устройства является, что силы и перемещения мощностей может быть легко приспособлено для различных LBBSs. Устройство и принцип работы аналогичен атомно-силового микроскопа. А именно сила применяется для LBBS точку нагрузки, которая прилагается к концу кантилевера. Точка водоизмещение измеряется датчиком волоконно оптические перемещения и преобразован в силу, используя измеренные консольные жесткость. Диапазон силы может быть отрегулирован с помощью кантилеверы различных жесткость.

Демонстрируются возможности устройства, выполнив три точки изгиба тесты на скелетных элементов морской губки Euplectella aspergillum. Скелетных элементов — известный как спикулы — кремния волокна, которые являются около 50 мкм в диаметре. Мы описываем процедуры для калибровки механические испытания устройство, монтаж спикулы на три точки изгиба арматуре с пролетом мм ≈1.3, и выполнять изгиб теста. Измеряется усилие костных и его отклонения в месте расположения приложенной силы.

Introduction

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

Изучая архитектуры несущей биологических структур (LBBSs), таких как shell и кости, инженеры разработали новые композиционные материалы, которые являются как сильные, так и жесткие ¹. Было показано, что замечательный механических свойств LBBSs и их коллеги, био вдохновил, связаны с их сложной внутренней архитектуры ². Однако отношения между LBBS архитектуры и механических свойств полностью не поняты. Измерительные механические ответ LBBS является первым шагом на пути понимания, как ее архитектура повышает ее механические свойства.

Однако важно, что тип теста, используемых для измерения механич....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

1. Ассамблея и выравнивание

выбрать консольные, чьи жесткость подходит для предполагаемого эксперимент. Придаем LP консольные с помощью #4-40 Кап винта (SHCSs) (см. рис. 3 А). Будьте осторожны, чтобы не пластически деформироваться консольные оружия придавая LP.

figure-protocol-1
Рисунок 3: процедуры для монтажа консольные силы датчик и измерения его жесткость. (A) нагрузки точки (LP) прилагается к консольные....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Самые основные результаты каких-либо механических испытаний являются масштабы усилие образца и перемещение к месту, где применяется сила. В случае трехточечного испытание на изгиб, цель должна получить величины усилие LPT, figure-results-1 и перемещение поперечного сечения образца под LPT в figure-results-2 направление,

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

Несколько шагов протокола особенно важны для обеспечения точно измерить силы и перемещения. В то время как некоторые из этих критических шагов являются универсальными для всех трех пунктов изгиб испытаний, другие являются уникальными для этого механические испытания устройства.

В Шаг 1.2 протокола очищены и проверяется для царапин зеркало LP и Шаг 1.6 протокола устанавливается FODS выгоды. Это важно для усиления и LP зеркального отражения постоянное ша.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgements

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

Эта работа была поддержана Национальный научный фонд [механика материалов и структур программа, предоставить номер 1562656]; и Американское общество инженеров-механиков [Haythornthwaite молодой следователь премии].

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Изоляционный стол TMC 36" x 48" с макетной платой 4" CleanTop	TMC	63-563	Изоляционный стол
Дифференциальный винтовой регулятор	Thorlabs	DAS110	Для выравнивающей пластины 1
" Головка микрометра перемещения с градуировкой 0,001"	Thorlabs	150-801ME	Для выравнивающей пластины ступени
Прямоугольный кронштейн для трансляционных столиков серии PT, 1/4"- 20 монтажных отверстий	Thorlabs	PT102	Для крепления микроскопа
1" Столик для перевода типа "ласточкин хвост", 1/4"-20 Метчики	Thorlabs	DT25	Для крепления микроскопа
1" Столик для перевода с регулировочным винтом 1/4"-170, 1/4"-20 Метчики	Thorlabs	PT1B	Для крепления микроскопа
Длина 12", оптическая рейка типа "ласточкин хвост	Edmund Optics	54-401	Для Крепление для микроскопа
шириной 2,5 дюйма, держатель типа «ласточкин хвост	Edmund Optics	54-404	Для крепления микроскопа
шириной 0,5 дюйма, держатель «ласточкин хвост	Edmund Optics	54-403	Для крепления микроскопа
InfiniTube Монтажный C-образный зажим с ¼-20	Edmund Optics	57-788	Компонент микроскопа
Стандартный (без встроенного крепления), InfiniTube	Edmund Optics	56-125	Компонент микроскопа
Стандартная встроенная насадка (оптимизирован при 2X-10X), InfiniTube	Edmund Optics	56-126	Компонент микроскопа
Mitutoyo/Achrovid Адаптер объектива (M26 на M27)	Edmund Optics	53-787	Компонент микроскопа
5X Infinity Achrovid Микроскоп Объектив	Edmund Optics	55-790	Компонент
микроскопа0.316" ID, оптоволоконный адаптер SX-6	Edmund Optics	38-944	Компонент микроскопа
¼ "x 36", Гибкий волоконно-оптический световод	Edmund Optics	42-347	Микроскоп
компонент 115В, MI-150 Волоконно-оптический осветитель с ИК-фильтром и держателем	Edmund Optics	55-718	Микроскоп компонент
Allied Vision Manta G-223 2/3" Цветная CMOS-камера	Edmund Optics	88-452	Микроскоп компонентный
блок питания для Manta/ Guppy Pro/ Stingray/ Pike	Edmund Optics	68-586	Микроскоп Компонент
1/4" Перемещение Одноосный Трансляционный Столик	Thorlabs	MS1S	FODS
Микрометр Аналоговый Зависимость от отражательной способности Волоконно-оптический датчик смещения	Philtec	D20	FODS
30В, 3А Источник питания постоянного тока	Agilent	U8001A	Источник питания для сбора данных и FODS
14-бит, 48 кГц/с Недорогой многофункциональный DAQ	Национальный Инструменты	USB-6009	Дак для FODS
Трехосевой моторизованный трансляционный столик	Thorlabs	Thorlabs Thorlabs T25 XYZ-E/M	Трансляционный столик
T-cube DC Сервомотор контроллер	Thorlabs	TDC001	Контроллер мотора для каскада
T-Cube Источник питания	Thorlabs	TPS001	Блок питания для моторного контроллера
National Instruments LabVIEW (2013 SP1)	National Instruments		Используется для запуска программного обеспечения
National Instruments LabVIEW Vision Acquisition Software (2016)	National Instruments		Используется для запуска программного обеспечения
Nikon Eclipse Ci-POL Main Body	MVI	MDA96000	Микроскоп с поляризованным светом
Nikon Pi Промежуточная трубка с анализатором Slider	MVI	MDB45305	Микроскоп
поляризованного светаДиаполяризатор Nikon	MVI	MDN11920	Микроскоп с поляризованным светом
Шнур питания - 7'6"	MVI	79035	Микроскоп с поляризованным светом
Nikon P-Amh Механический столик	MVI	MDC45000	Микроскоп с поляризованным светом
Nikon Lwd Achromat Конденсатор	MVI	MBL16100	Микроскоп с поляризованным светом
Nikon LV-NBD5BD-CH Ручной Quint Револьвер ESD	Микроскоп MVI	MBP60125	поляризованного света
Тринокулярная трубка Nikon C-TF F	Микроскоп MVI	MBB93100	Микроскоп с поляризованным светом
Nikon CFI 10X Окуляр FN 22 мм NC	MVI	MAK10110	Микроскоп с поляризованным светом
Nikon TU Plan Flour BD 10x Объектив	MVI	MUE42100	Микроскоп с поляризованным светом
Цветочная корзина Венеры Губка	Brand	Н/Д	Губка скелет
3,5X Оголовье Откидная лупа	McMaster Carr	1490T5	Используется для разрезания спикул
и Oslash; 1" Кремниевая пластина, тип P / < 100>	Ted Pella	16011	Используется для точки загрузки зеркала
Низкий ворс Конический наконечник Ватный тампон	McMaster Carr	71035T31	Используется для чистки LP зеркала
Резиновая рукоятка прецизионный нож	McMaster Carr	35575A68	Используется для среза спикул
Предметные стекла микроскопа, матовый конец, 75 x 25 x 1 мм	Ted Pella	260409	Используется для отрезания спикул
Соболиные щетки, #00000, 0,08мм Ш x 4,0мм Д Тед	Пелла	11806	Используется для работы со спикулами
PELCO Pro Высокоточный пинцет, сверхтонкие наконечники, превосходная отделка	Тед Пелла	5367-5НМ	Используется для работы со спикулами
Двухосевой линейный масштаб Микрометр	Edmund Optics	58-608	Используется для калибровки микроскопов
FLEX-A-TOP FT-38 CAS	ESD Пластиковые контейнеры	FT-38-CAS	Используется для хранения спикул
Пластиковый флакон Bullseye Level	McMaster Carr	2147A11	Используется для выравнивания стола
Аналитические весы	Mettler Toledo	MS105DU	Используется для калибровки гирь

" » » Denis

References

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

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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Миллиметр на изгиб тестирования системы шкалы для измерения механических свойств морской губкой спикулы

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles