PL230958B1 - Urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych - Google Patents
Urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystychInfo
- Publication number
- PL230958B1 PL230958B1 PL419571A PL41957116A PL230958B1 PL 230958 B1 PL230958 B1 PL 230958B1 PL 419571 A PL419571 A PL 419571A PL 41957116 A PL41957116 A PL 41957116A PL 230958 B1 PL230958 B1 PL 230958B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- measuring probe
- base
- thin layers
- measuring
- piezoelectric bimorph
- Prior art date
Links
- 239000003190 viscoelastic substance Substances 0.000 title claims description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 238000007373 indentation Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000001127 nanoimprint lithography Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
Przyrząd składa się z drgającego poprzecznie bimorfa piezoelektrycznego (2) z sondą pomiarową (3), zamocowaną na jego końcu. Uchwyt (1) bimorfa jest połączony z piezoaktuatorem (4), co pozwala na badanie parametru lepkości w funkcji głębokości indentacji. Próbka umieszczona jest na podstawie (11), umożliwiającej pomiar siły bocznej i normalnej, działającej na badaną próbkę.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych w zależności od głębokości indentacji.
W ostatnich latach duży wysiłek badawczy został włożony w celu opracowania metod i urządzeń badawczych służących do pomiarów lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych. Powstało dużo urządzeń pomiarowych służących do tego celu. Znane są takie rozwiązania pomiarów lepkości z opublikowanych opisów: EP 0013129, US 5269174, a także czasopisma Science&Technology B29 z 2011 r. Development of an experimental technique for testing rheological properties of ultrathin polymer films used in nanoimprint lithography. W opisanym w tej publikacji rozwiązaniu konstrukcyjnym, zastosowano kulistą sondę pomiarową umieszczoną na jednym z ramion piezoelektrycznego kamertonu. Sygnał sterujący był zadawany na ramię kamertonu z sondą pomiarową, natomiast odpowiedź była odczytywana z drugiego ramienia kamertonu z przeciwwagą.
Powstały też koncepcje podobne do opisanych w artykule czasopisma Ultrasound in Medicine aid Biology 29 z 2003 r. str. 813-823 A novel ultrasound indentation system for measuring biomechanical properties of in vivo soft tissue i w artykule czasopisma Biophysical Journal nr 86 z 2003 r. str. 1777-1793 Quantitative Analysis of the Viscoelastic Properties of Thin Regions of Fibroblasts Using Atomic Force Microscopy, a także zawarte w opisie patentowym US 4862384. Opisują one badania zużyciem elementów generujących wibracje lub fale akustyczne, używając do tego celu elementów piezoelektrycznych. Jednak żadne z wyżej wymienionych urządzeń nie posiada możliwości badania właściwości takiego materiału, w zależności od głębokości indentacji sondy pomiarowej, a przez to metody te nie umożliwiają badania wpływu podłoża na właściwości lepkosprężyste cienkiej warstwy.
Zgodnie z wynalazkiem sonda pomiarowa jest zamocowana na końcu bimorfa piezoelektrycznego, którego warstwa aktywna jest połączona poprzez pierwszy wzmacniacz ze pierwszym źródłem sygnału, zaś warstwa bierna jest połączona z analizatorem sygnału napięciowego. Bimorf piezoelektryczny jest zamocowany na uchwycie osadzonym na piezoaktuatorze, który jest połączonym, poprzez drugi wzmacniacz ze drugim źródłem sygnału napięciowego. Uchwyt posiada miernik przemieszczenia pionowego. Poniżej sondy pomiarowej znajduje się podstawa, wyposażona w dwie pionowe, sprężyste belki, na których wsparta jest płytka do ułożenia badanego materiału. Przy sprężystych belkach są tensometryczne czujniki ugięcia. Podstawa posadowiona jest na czujniku siły pionowej.
Bimorf piezoelektryczny jest w takim położeniu, aby drgania sondy pomiarowej były równoległe do płaszczyzny płytki.
Urządzenie wynalazku nadaje się szczególnie do sprawdzania właściwości lepkosprężystych cienkich warstw materiałów lepkosprężystych. Urządzenie umożliwia także badanie współczynnika tarcia cienkich warstw polimerowych oraz wpływu podłoża na ocenę właściwości badanej warstwy. Poza tym umożliwia badanie lepkości w zależności od głębokości indentacji.
Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia uproszczony schemat urządzenia, a Fig. 2 fragment urządzenia w trakcie pomiaru.
Do uchwytu 1 jest przytwierdzony piezoelektryczny bimorf 2, na którego końcu jest sonda pomiarowa 3 o małej średnicy. Uchwyt 1 jest osadzony na piezoaktuatorzę 4. Warstwa aktywna bimorfa 2 jest połączona poprzez pierwszy wzmacniacz 6 z pierwszym źródłem 5 sygnału napięciowego. Warstwa bierna bimorfa 2 jest połączona z analizatorem 7 sygnału napięciowego. Piezoaktuator 4 jest połączony poprzez drugi wzmacniacz 9 z drugim źródłem 10 sygnału napięciowego. Uchwyt 1 jest sprzęgnięty z miernikiem 8 przemieszczenia. Pod sondą pomiarową 3 jest zlokalizowana płytka 11 stanowiąca podłoże dla badanego materiału osadzona na dwóch sprężystych belkach 12, zamocowanych do podstawy 13. Jedna z belek 12 jest wyposażona w pierwszy czujnik 14 siły w postaci tensometrycznego czujnika ugięcia. Podstawa 13 spoczywa na drugim czujniku siły 15. Pierwsze i drugie źródło 5 i 10, pierwszy i drugi czujnik 14 i 15 oraz miernik 8 są połączone elektrycznie z analizatorem 7.
Miernik 8 umożliwia pomiar przemieszczenia bimorfa dzięki czemu regulacja głębokości indentacji realizowana jest w sprzężeniu zwrotnym. Na końcu bimorfa 2 znajduje się sonda pomiarowa 3, która zanurzana jest w materiał lepkosprężysty za pomocą zmiany długości aktuatora piezoelektrycznego 4. Dzięki przymocowaniu bimorfa 2 do piezoaktuatora 4 za pomocą uchwytu 1 możliwa jest regulacja głębokości indentacji. Sonda 3 pomiarowa wprawiana jest w także drgania poprzeczne poprzez zadawaniu na aktywną warstwę bi morfa 2 sygnału o znanej częstotliwości i amplitudzie. Następnie, dzięki wykorzystaniu warstwy biernej, mierzona jest w analizatorze 7
PL 230 958 B1 rzeczywista częstotliwość drgań, amplituda i przesunięcie fazowe drgań bimorfa. Możliwe jest badanie siły bocznej i normalnej działającej na próbkę poprzez czujniki siły 14 i 15. Dane są następnie rejestrowane przez analizator 7 i za pomocą modelu matematycznego przeliczane na wartość parametru lepkości w funkcji głębokości indentacji.
Claims (3)
- Zastrzeżenia patentowe1. Urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych posiadające sondę pomiarową umieszczoną na mechanizmie generującym drgania, znamienne tym, że sonda pomiarowa (3) jest zamocowana na końcu bimorfa piezoelektrycznego (2), którego warstwa aktywna jest połączona poprzez pierwszy wzmacniacz (6) z pierwszym źródłem (5) sygnału, zaś warstwa bierna jest połączona ze analizatorem (7), przy czym bimorf piezoelektryczny (2) jest połączony z uchwytem (1) osadzonym na piezoaktuatorze (4), połączonym, poprzez drugi wzmacniacz (9) z drugim źródłem sygnału napięciowego (10), przy czym uchwyt (1) posiada miernik (8) przemieszczenia pionowego, a ponadto poniżej sondy pomiarowej (3) jest podstawa (11), wyposażona w dwie pionowe sprężyste belki (12), wspierające płytkę (11) na podstawie (14).
- 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przy co najmniej jednej sprężystej belce (12) jest pierwszy czujnik siły (13), zaś podstawa (14) posadowiona jest na drugim czujniku (15) siły pionowej.
- 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że bimorf piezoelektryczny (2) jest tak ustawiony, aby drgania sondy pomiarowej (3) były równoległe do powierzchni płytki (11).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL419571A PL230958B1 (pl) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL419571A PL230958B1 (pl) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL419571A1 PL419571A1 (pl) | 2018-06-04 |
| PL230958B1 true PL230958B1 (pl) | 2019-01-31 |
Family
ID=62223454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL419571A PL230958B1 (pl) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL230958B1 (pl) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2642215A (en) * | 2024-06-26 | 2026-01-07 | Soapworks Ltd | Rheological measurement system |
-
2016
- 2016-11-23 PL PL419571A patent/PL230958B1/pl unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2642215A (en) * | 2024-06-26 | 2026-01-07 | Soapworks Ltd | Rheological measurement system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL419571A1 (pl) | 2018-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Riesch et al. | Characterizing vibrating cantilevers for liquid viscosity and density sensing | |
| JP4884506B2 (ja) | 音叉−走査探針結合振動計 | |
| JP2730673B2 (ja) | 超音波を導入するカンチレバーを用いた物性の計測方法および装置 | |
| US7584653B2 (en) | System for wide frequency dynamic nanomechanical analysis | |
| Wahl et al. | Oscillating adhesive contacts between micron-scale tips and compliant polymers | |
| CN114966119B (zh) | 经由原子力显微镜进行纳米级动态力学分析(afm-ndma) | |
| Canovic et al. | Characterizing multiscale mechanical properties of brain tissue using atomic force microscopy, impact indentation, and rheometry | |
| Hurley et al. | Measurement of Poisson’s ratio with contact-resonance atomic force microscopy | |
| Rabe et al. | Atomic force acoustic microscopy | |
| US20130018623A1 (en) | High Resolution, High Speed Multi-Frequency Dynamic Study of Visco-Elastic Properites | |
| Kopycinska-Müller et al. | Mechanical characterization of porous nano-thin films by use of atomic force acoustic microscopy | |
| Sharma et al. | Piezoelectric cantilever sensors with asymmetric anchor exhibit picogram sensitivity in liquids | |
| Yang et al. | Frequency-dependent viscoelasticity measurement by atomic force microscopy | |
| PL230958B1 (pl) | Urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych | |
| Ayittey et al. | Glass microneedles for force measurements: a finite-element analysis model | |
| RU2442131C1 (ru) | Устройство для измерения параметров рельефа поверхности и механических свойств материалов | |
| Akhtar et al. | Complex shear modulus of hydrogels using a dynamic nanoindentation method | |
| Yerrapragada et al. | Fracture-induced acoustic emissions in gelatin | |
| Itoh et al. | Measurement of silicone rubber using impedance change of a quartz-crystal tuning-fork tactile sensor | |
| Riesch et al. | Characterizing resonating cantilevers for liquid property sensing | |
| Soshnikov et al. | Measuring the local resistivity by the nanoindentation and force-spectroscopy methods | |
| RU2425356C1 (ru) | Устройство для измерения физико-механических свойств материалов | |
| Singh et al. | Displacement modulation based dynamic nanoindentation for viscoelastic material characterization | |
| RU160682U1 (ru) | Устройство для измерения физико-механических свойств материалов | |
| Parsons et al. | A new device for measuring the viscoelastic properties of hydrated matrix gels |