PL230958B1 - Urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych - Google Patents

Urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych

Info

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
Application number
PL419571A
Other languages
English (en)
Other versions
PL419571A1 (pl
Inventor
Dariusz Jarząbek
Wojciech Dera
Cezary Dziekoński
Original Assignee
Inst Podstawowych Problemow Techniki Polskiej Akademii Nauk
Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Podstawowych Problemow Techniki Polskiej Akademii Nauk, Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk filed Critical Inst Podstawowych Problemow Techniki Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL419571A priority Critical patent/PL230958B1/pl
Publication of PL419571A1 publication Critical patent/PL419571A1/pl
Publication of PL230958B1 publication Critical patent/PL230958B1/pl

Links

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)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. 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. 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. 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).
PL419571A 2016-11-23 2016-11-23 Urządzenie do pomiaru lepkości cienkich warstw materiałów lepkosprężystych PL230958B1 (pl)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2642215A (en) * 2024-06-26 2026-01-07 Soapworks Ltd Rheological measurement system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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