Este trabalho foi apoiado por JSPS KAKENHI, os números de subsídios JP16K17988 e JP16K05996, e pelo Programa Interministerial de Promoção de Inovação Estratégica, Unidade D66, Medição e Análise Inovadoras para Materiais Estruturais (SIP-IMASM), operado pelo gabinete. Os autores também agradecem aos Drs. Satoshi Kishimoto e Kimiyoshi Naito no NIMS por seu material CFRP.

1. Confirmação da grelha Micro / Nano-scale na amostra <ol><li> Usinagem do Espécime <ol><li> Cortar a amostra ao tamanho requerido pelo dispositivo de carregamento específico utilizado sob um microscópio ( por exemplo, 1 x 5 x 30 mm 3 ), tornando a superfície a ser observada 1,5x maior que a região de interesse. </li><li> Polir a superfície do espécime a ser observada ( p. Ex., 1 x 30 mm 2 ), utilizando sucessivamente papel de areia grosseira e fina em uma máquina de polir automática ( por exemplo, use folha de SiC 320 durante 3 min e depois 800 durante 1 min a 150 rpm E 30 N). Limpe a amostra com água após cada passo de polimento. </li><li> Polir a mesma superfície do provete, utilizando sucessivamente soluções de polimento grosseiro e fino na máquina de polimento automática ( p. Ex., Utilizar DP-Spray P 15 μm durante 5 min, P 1 μm durante 8 min e P 0,25 μm durante 10 min a 150 rpm e 30 N). Limpe a amostra com água após cada polimentoG passo. </li></ol></li><li> Fabricação da grade Micro / Nano-escala se nenhum padrão periódico existe na amostra NOTA: Este passo pode ser omitido se existir um padrão periódico natural na escala micro / nano na superfície da amostra. Escolha o método de fabricação da grade a partir dos seguintes: litografia por ultravioleta (UV) ou aquecimento por nanoimpressão (NIL) 26 , litografia por feixe de elétrons (EBL) 2 e fresagem por feixe de íons focalizado (FIB) 6 . NOTA: O processo de fabricação da grade é introduzido aqui, com UV NIL como um exemplo. <ol><li> Coloque 2 mL de UV sobre a superfície da amostra usando uma pipeta. </li><li> Revestir o resist na superfície da amostra usando um revestidor giratório a 1.500 rpm por 60 s. </li><li> Pressione um molde nanoimprint para a camada de resistir a uma pressão de 0,2 MPa. Exponha a resistência à UV com um comprimento de onda de 375 nm durante 30 s. </li><li> Separe o molde nanoimprint da superfície do espécime. </li></ol&gt; </li><li> Observação da grade na amostra usando um microscópio <ol><li> Revestir uma camada de platina ou ouro com uma espessura de 3-10 nm na superfície da grelha utilizando um revestidor de iões ( por exemplo, revestimento durante 30 s a 3 Pa com uma corrente de pulverização de 30 mA). </li><li> Coloque o espécime sob um microscópio de varredura a laser (LSM) 23 . NOTA: Outros microscópios também podem ser usados, como microscópio eletrônico de transmissão (TEM) 5 , microscópio de força atômica (AFM) 12 ou microscópio eletrônico de varredura (SEM) 7 . </li><li> Ajuste o foco e salve uma imagem de grade usando o microscópio clicando em &quot;Capturar&quot; e &quot;Arquivo | Exportar arquivo de imagem&quot; no software de gravação de imagem do microscópio. </li></ol></li><li> Cálculo do Passo de Grade (nm ou μm) do Espécime da Imagem de Grade <ol><li> Calcule o valor médio de mais de 10 grId na área central da imagem de grade para evitar a influência potencial da varredura ou distorção da lente. NOTA: A grelha da amostra pode ser guardada durante vários dias à temperatura ambiente. </li></ol></li></ol> 2. Aquisição de Grid Images no Teste de Carregamento <ol><li> Preparação do teste de carga sob o microscópio <ol><li> Fixar o espécime a um dispositivo de carregamento, como um dispositivo de tensão, compressão, aquecimento ou carga elétrica, sob o microscópio. NOTA: Se o passo da grelha for inferior a 20 nm, deve ser utilizado um TEM ou AFM. Se o passo da grelha for de 20 nm a 10 μm, pode ser utilizado um SEM. Se o passo da grelha for superior a 400 nm, pode ser utilizado um LSM. </li><li> Ajustar a velocidade de carga ( p. Ex. 0,01 mm / s) eo passo incremental de carga ou deslocamento ( por exemplo, 0,5 N / passo ou 0,024 mm / passo) de acordo com os requisitos específicos. Predefinir a carga eo deslocamento para zero. </li><li> Faça a grade surfarAce no plano de observação. Escolha uma área de interesse com uma ampliação baixa movendo ou girando o estágio de amostra do microscópio. </li><li> Selecione uma ampliação apropriada, fazendo o tom da grade na imagem maior que 1,8 × um tamanho de pixel. NOTA: Geralmente, é melhor fazer o tom da grade na imagem maior que 2 pixels. Quanto mais pixels um passo de grelha corresponder, maior será a precisão da medição de deformação, mas menor será o campo de visão da medição. </li></ol></li><li> Coleção de imagens de grade no teste de carregamento <ol><li> Salve uma imagem da grade da área de interesse antes de carregar clicando em &quot;Capturar&quot; e &quot;Arquivo | Exportar arquivo de imagem&quot; no software de gravação de imagem do microscópio. </li><li> Comece a carregar a amostra in situ no microscópio, exercendo o primeiro passo de carga ( por exemplo, 0,5 N ou 0,024 mm) utilizando o software de operação do dispositivo de carregamento. </li><li> Rec( Por exemplo, 0,5 N ou 0,024 mm), clicando em &quot;Capturar&quot; e &quot;Arquivo | Exportar arquivo de imagem&quot; no software de gravação de imagem do microscópio. Certifique-se de que a ampliação ea distância de trabalho do microscópio permaneçam inalteradas. </li><li> Continue a carregar a amostra, exercendo cada passo de carga usando o dispositivo de carregamento. Grave a imagem da grelha depois de cada passo de carga até que a amostra esteja quebrada ou até que um determinado valor seja atingido ( por exemplo, carregar 19 vezes e gravar 19 imagens de grelha a 1 N, 1,5 N, 2,0 N, ..., 10 N, a intervalos de 0,5 N ou a 0,048 mm, 0,072 mm, 0,096 mm, ..., 0,48 mm, a intervalos de 0,024 mm). Certifique-se de que a ampliação ea distância de trabalho do microscópio permanece inalterada. NOTA: As imagens da grelha podem ser guardadas durante um período de tempo arbitrariamente longo. </li></ol></li></ol> 3. Geração de amostragem Frisos Moiré antes e depois DefOração <ol><li> Estimativa de Parcelas de Grelha (pixel) nas Imagens da Grelha <ol><li> Estimar o pitch da grade (unidade: pixel) na imagem da grade antes do carregamento, medindo a distância entre os centros de dois pontos de grade adjacentes em um software de processamento de imagem ( por exemplo, Microsoft Paint). </li><li> Estime o passo da grelha na imagem da grelha na carga máxima. </li></ol></li><li> Determinação do passo de amostragem (pixel) <ol><li> Mova para o passo 3.2.2 quando os intervalos de grade antes e depois da deformação estiverem entre 1,8 e 2,5 pixels. Passar para o passo 3.2.3 quando a grelha pitches antes e depois de deformação estão entre 2,4 e 3,6 pixels. Passar para o passo 3.2.4 quando a grelha pitches antes e depois da deformação são superiores a 3,2 pixels. </li><li> Defina o passo de amostragem para T = 2 pixels. Vá para o passo 3.3. </li><li> Defina o passo de amostragem para T = 3 pixels. Vá para o passo 3.3. </li><li> Defina o passo de amostragem T como positivoInteiro dentro de 0.75x e 1.25x os arremessos da grade antes e depois da deformação, determinados de resultados abundantes da simulação 22 . NOTA: Se houver 2 inteiros positivos que atendam aos requisitos nos passos 3.2.1 e 3.2.4, é melhor escolher o inteiro maior como o passo de amostragem. Se houver 3 ou mais números inteiros positivos que atendam aos requisitos, é melhor escolher o inteiro intermediário, desde que seja um pouco maior que o passo de amostragem. </li></ol></li><li> Geração de amostragem Moiré franjas antes da deformação <ol><li> Abra a imagem da grade antes da deformação. Assumindo que a direção x é horizontalmente para a direita, a direção y é verticalmente para baixo ea coordenada (0, 0) está no canto superior esquerdo, calcule a largura da imagem W na direção x ea altura da imagem H na direção y . NOTA: A direção y também pode ser definida comoVerticalmente para cima. </li><li> Mova para o passo 3.3.3 para gerar franjas de moiré na direção y . Salte para o passo 3.3.7 para gerar franjas de moiré na direção x . </li><li> Processar a imagem de grade para uma imagem de grade usando um filtro passa-baixa (LPF). Por exemplo, use um algoritmo FT para suprimir a grade, com uma direção principal de x , onde a direção principal é definida como a direção perpendicular às linhas de grade. Defina o tamanho do filtro para que fique próximo ao passo da grade. </li><li> Diminua a imagem da grade extraindo apenas os valores de cinza em várias linhas horizontais, com o espaçamento do passo de amostragem T ( T ≥ 2) de y = k pixels ( k = 0) ( isto é, mantenha apenas o cinza Valores em linhas de amostragem de y = k pixels, y = k + T pixels, ..., y = k + iT pixels, onde i é um poInteiro inteiro). Faça a coordenada da última linha de amostragem, k + iT , menor que a altura da imagem H. </li><li> Gerar um padrão de moiré de amostragem na direção y executando interpolação de intensidade de campo completo (linear ou B-spline) da imagem com linhas de amostragem horizontais. </li><li> Gere outros padrões de moiré de amostragem T -1 na direção y repetindo os passos 3.3.4 e 3.3.5 T -1 vezes alterando k no passo incremental de 1 pixel ( isto é, deslocando o ponto inicial de desbaste para y = k Pixels, k = 1, ..., T -1). </li><li> Utilize os mesmos procedimentos nos passos 3.3.3-3.3.6 para gerar padrões de moiré de amostragem de mudança de fase espacial de T- passo na direção x, alterando x para y na etapa 3.3.3, alterando a altura da imagem H para a largura da imagem W , E mudando y para x nos passos 3.3.4-3.3.6. NOTA: O passo de amostragem na direção x pode ser diferente daquele na direção y . </li></ol></li><li> Geração de amostragem Frisos de Moiré após deformação <ol><li> Abra todas as imagens de grade em cargas diferentes. Suponha que o número de imagens de grade seja N. </li><li> Gere N grupos de franjas de moiré espaciais com deslocamento de fase em T na direção y , repetindo os passos 3.3.3-3.3.6 N vezes. </li><li> Gere N grupos de fraturas de moiré espacial de mudança de fase em T na direção x , repetindo o passo 3.3.7 N vezes. </li></ol></li></ol> 4. Medição de deformação da amostra no teste de carga <ol><li> Determinação das intensidades das franjas de Moiré antes e depois da deformação <ol><li> Extrair as intensidades das franjas do moiré T- step antes da deformação em tA direcção Y nos passos 3.3.5 e 3.3.6; Determinar as intensidades de moiré na direcção x no passo 3.3.7. Descrever as intensidades de moiré T- passo ( T ≥ 2) antes da deformação na direção j ( j = x , y ) usando a seguinte equação 23 : <img alt="Equação 1" src="/files/ftp_upload/55739/image001.jpg" /> (1) Onde p j é o passo da grelha antes da deformação na direcção j ( j = x , y ), A é a amplitude modulada e D inclui as intensidades de fundo e de frequência mais elevada. </li><li> Extrair as intensidades das franjas de moiré T- step após a deformação na direcção y no passo 3.4.2 e determinar as intensidades de moiré na direcção x no passo 3.4.3. Descrever as intensidades de moiré T- passo ( T ≥ 2) após a deformaçãoNa direção j ( j = x , y ) usando a mesma equação acima (Equação 1), mudando I m, j ( k ), p j , A e D para I &#39; m, j ( k ), p &#39; J , A &#39;e D &#39;, respectivamente, onde o sobrescrito cita simples significa após deformação. NOTA: Se o passo de amostragem for T ≥ 3 pixels, ignore este passo e passe para o passo 4.3. </li></ol></li><li><ol><li> Reconstruir franjas de moiré de multiplicação a partir da interferência multiplicativa entre as intensidades de moiré de amostragem em duas etapas ( Figura 1a ) antes da deformação usando a seguinte equação 23 <img alt="Equação 2" src="/files/ftp_upload/55739/image002.jpg" /> (2) Onde eu multi, j representa a intensidade oF as franjas de moiré de multiplicação reconstruídas na direção j ( j = x , y ) antes da deformação. </li><li> Processar as franjas de moiré de multiplicação reconstruídas antes da deformação utilizando a técnica de centralização da franja 24 . Atribuir inteiros consecutivos e meia inteiros f j = [1, 1,5, 2, 2,5, ...] para as ordens de franja nas linhas centrais da moiré de multiplicação reconstruída. NOTA: Se as franjas de moiré de multiplicação são muito densas, as ordens de franja do moiré de amostragem de duas etapas podem ser determinadas primeiro ( isto é, fj ( 0) = [1, 0, 2, 0, 3, 0, ...] e F j (1) = [0, 1,5, 0, 2,5, 0, 3,5, ...]). A ordem marginal das franjas de moiré de multiplicação será f j = f j (0) + f j (1) = [1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, ...]. O deslocamento do corpo rígido não afetará o resultado da deformação. </li><li> Medir a deformação relativa da amostra antes da deformação em relação ao passo de amostragem utilizando as seguintes equações 23 <img alt="Equação 3" src="/files/ftp_upload/55739/image003.jpg" /> (3) <img alt="Equação 4" src="/files/ftp_upload/55739/image004.jpg" /> (4) Onde u j _rela e ε j _rela representam o deslocamento relativo e a tensão relativa do espécime antes da deformação na direção j ( j = x , y ), respectivamente, e γ xy _rela expressa a tensão de cisalhamento relativa antes da deformação. </li><li> Repita os passos 4.2.1-4.2.3 para determinar as tensões relativas da amostra após a deformação nas direcções x e y para N vezes, alterando I multi, j , I m, j (0), I m, j </(1), p j , A , D, u j _rela ( j = x , y ), ε j _rela e γ xy _rela nas equações (2) - (4) a I &#39; multi, j , M, j (0), I &#39; m, j (1), p &#39; j , A &#39;, D &#39;, u &#39; j _rela (j = x, y), ε &#39; j _rela e γ &#39; xy _rela , respectivamente , Onde o sobrescrito cita simples significa após a deformação. </li><li> Determine a tensão normal real ε j na direção j ( j = x , y ), que é a mudança relativa do passo da grade e da tensão de cisalhamento, γ xy , que é a absolutE variação do ângulo da malha da amostra causada pela carga das tensões relativas antes e depois da deformação 20 . <img alt="Equação 5" src="/files/ftp_upload/55739/image005.jpg" /> (5) <img alt="Equação 6" src="/files/ftp_upload/55739/image006.jpg" /> (6) </li></ol></li><li> Medição de deformação Quando o passo de amostragem é T ≥ 3 pixels <ol><li> Calcule a fase das franjas de moiré de amostragem na direção j ( j = x , y ) antes da deformação quando k = 0 ( Figura 1b ) usando a técnica espacial de desvio de fase 21 <img alt="Equação 7" src="/files/ftp_upload/55739/image007.jpg" /> 7) </li><li> Obtenha a fase da amostragem de franjas de moiré na direção j ( j = x , y ) após deformação quando k = 0 substituindo φ m, <eM&gt; j e I m, j ( k ) na equação (7) com φ &#39; m, j e I &#39; m, j ( k ), respectivamente, onde o sobrescrito cita simples significa após deformação. Repita N vezes para N cargas. NOTA: Se houver muito ruído aleatório nas distribuições de fase nos passos 4.3.1 e 4.3.2, um filtro sin / cos 25 pode ser usado para suavizar as fases. </li><li> Determine a diferença de fase das franjas de moiré de amostragem na direção j ( j = x , y ) antes e depois da deformação ( isto é, Δ φ m, j = φ &#39; m, j - φ m, j ). </li><li> Medir as distribuições de deslocamento u j , deformação normal ε j na <eM&gt; j ( j = x , y ) ea tensão de cisalhamento γ xy da amostra causada pela carga. Utilize as seguintes equações 6 , 21 <img alt="Equação 8" src="/files/ftp_upload/55739/image008.jpg" /> (8) <img alt="Equação 9" src="/files/ftp_upload/55739/image009.jpg" /> (9) <img alt="Equação 10" src="/files/ftp_upload/55739/image010.jpg" /> (10) NOTA: Se houver muito ruído nas distribuições de tensão, pode ser utilizado um filtro de alisamento médio, com um tamanho de filtro menor do que 2 intervalos de grelha. </li></ol></li><li> Armazenamento de resultados <ol><li> Salve os dados das franjas de moiré, fases (quando o passo de amostragem é T ≥ 3 pixels), deslocamentos e tensões nas formas de imagens, como arquivos .tif ou .bmp e texto, como .txt ou .csv arquivos. </li></ol></li></ol>

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Lett. 29 (14), 1671-1673 (2004).</li><li>Wang, Q., Xie, H., Hu, Z., Zhang, J., Sun, J., Liu, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Residual+thermo-creep+deformation+of+copper+interconnects+by+phase-shifting+SEM+moir&#233;+method.">Residual thermo-creep deformation of copper interconnects by phase-shifting SEM moir&#233; method.</a> Appl. Mech. Mater. 83, 185-190 (2011).</li><li>Ri, S., Fujigaki, M., Morimoto, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sampling+moir&#233;+method+for+accurate+small+deformation+distribution+measurement.">Sampling moir&#233; method for accurate small deformation distribution measurement.</a> Exp. Mech. 50 (4), 501-508 (2010).</li><li>Ri, S., Muramatsu, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+error+analysis+of+the+sampling+moir&#233;+method+and+phase+compensation+methodology+for+single-shot+phase+analysis.">Theoretical error analysis of the sampling moir&#233; method and phase compensation methodology for single-shot phase analysis.</a> Appl. Opt. 51 (16), 3214-3223 (2012).</li><li>Wang, Q., Ri, S., Tsuda, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+sampling+Moir&#233;+as+a+substitute+for+microscope+scanning+Moir&#233;+for+high-sensitivity+and+full-field+deformation+measurement+at+micron/nano+scales.">Digital sampling Moir&#233; as a substitute for microscope scanning Moir&#233; for high-sensitivity and full-field deformation measurement at micron/nano scales.</a> Appl. Opt. 55 (25), 6858-6865 (2016).</li><li>Dai, F., Wang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+fringe+patterns+analysis+using+digital+processing+tehniques:+I+fringe+center+method.">Automatic fringe patterns analysis using digital processing tehniques: I fringe center method.</a> Acta Photonica Sinica. 28, 700-706 (1999).</li><li>Gutmann, B., Weber, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase-shifter+calibration+and+error+detection+in+phase-shifting+applications:+a+new+method.">Phase-shifter calibration and error detection in phase-shifting applications: a new method.</a> Appl. Opt. 37 (32), 7624-7631 (1998).</li><li>Wang, Q., Kishimoto, S., Tanaka, Y., Kagawa, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro/submicro+grating+fabrication+on+metals+for+deformation+measurement+based+on+ultraviolet+nanoimprint+lithography.">Micro/submicro grating fabrication on metals for deformation measurement based on ultraviolet nanoimprint lithography.</a> Opt. Lasers Eng. 51 (7), 944-948 (2013).</li><li>Min-Jin, T., Hui-Min, X., Yan-Jie, L., Xiao-Jun, L., Dan, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+grating+fabrication+technique+on+metal+films+using+UV-nanoimprint+lithography.">A new grating fabrication technique on metal films using UV-nanoimprint lithography.</a> Chin. Phys. Lett. 29 (9), 098101 (2012).</li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Na tï¿½nica descrita, um passo desafiador ï¿½a grelha de micro / nano escala ou grelha (abreviada como grelha) de fabricaï¿½o 26 se nï¿½ existir padrï¿½ periï¿½ico na amostra. O passo da grade deve ser uniforme antes da deformação, pois é um parâmetro importante para a medição da deformação. Se o material for um metal, uma liga metálica, ou uma litografia de nanoimpressão cerâmica, UV ou de aquecimento (NIL) 27 , litografia por feixe de electr?...

Medições de deformação em micro / nano escala são vitalmente essenciais para avaliar as propriedades mecânicas, comportamentos de instabilidade, tensões residuais e ocorrências de quebra de materiais avançados. Uma vez que as técnicas ópticas são sem contato, full-field e não-destrutivas, vários métodos ópticos foram desenvolvidos para medição de deformação durante as últimas décadas. Nos últimos anos, as técnicas de medição de deformação em micro / nano escala incluem principalmente os métodos moiré 1 , 2 , 3 , 4 , análise de fase geométrica (GPA) 5 , 6 , transformação de Fourier (FT), correlação de imagem digital (DIC) e Interferometria eletrônica do padrão speckle (ESPI). Entre essas técnicas, GPA e FT não são bem adequados para medições complexas de deformação, porque existem múltiplas freqüências. O método DIC é simMas impotente contra o ruído porque a portadora de deformação é mancha aleatória. Finalmente, ESPI é fortemente sensível à vibração. Entre os métodos de moiré micro / nano escala, os métodos mais utilizados atualmente são os métodos de moiré de varredura de microscópio, como o moiré de varredura eletrônica 7 , 8 , 9 , o moiré de varredura a laser 10 , 11 e o moiré de força atômica (AFM) moiré 12 , E alguns métodos de moiré baseados em microscópio, como o método de moiré digital / sobreposição 13 , 14 , 15 e o método de multiplicação / fracionamento moiré 16 , 17 . O método moiré de varredura tem muitas vantagens, como um amplo campo de visão,E insensibilidade ao ruído aleatório. No entanto, o método de moiré de varrimento tradicional é inconveniente para medições de deformação 2D porque é necessário rodar o estádio de amostra ou a direcção de varrimento em 90 ° e varrer duas vezes para gerar franjas de moiré em duas direcções 18 . A rotação e os processos de dupla digitalização introduzem erro de rotação e demoram muito tempo, influenciando seriamente a precisão da medição da tensão 2D, especialmente para a deformação por cisalhamento. Embora a técnica de mudança de fase temporal 19 , 20 possa melhorar a precisão da medição da deformação, requer tempo e um dispositivo especial de desvio de fase inadequado para testes dinâmicos. O método de moiré de amostragem 21 , 22 tem uma precisão elevada em medidas de deslocamento e é agora principalmente usado para medições de deflexão em pontes quando os automóveis pbunda. Para ampliar o método de moiré de amostragem para medições de deformação em micro / nanotecnologia 2D, foi recentemente desenvolvido um método de moiré de multiplicação reconstruído 23 a partir de franjas de moiré de amostragem de 2 pixéis, nas quais as medições são duas vezes mais sensíveis eo campo de visão largo do O método de moiré de varredura é mantido. Além disso, o método de moiré de amostragem de mudança de fase espacial também é desenvolvido a partir de franjas de moiré de amostragem de múltiplos pixels, permitindo medições de deformação de alta precisão. Este protocolo irá introduzir o procedimento detalhado de medição de deformação e é esperado para ajudar pesquisadores e engenheiros a aprender como medir deformação, melhorando os processos de fabricação de materiais e produtos.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="737">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:208px;">Automatic Polishing Machine</td>
			<td style="width:161px;">Marumoto Struers K.K.</td>
			<td style="width:201px;">LaboPol-30, Labor Force-100</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:208px;">Carbon Fiber Reinforced Plastic</td>
			<td style="width:161px;">Mitsubishi Plastics, Inc.&#160;</td>
			<td style="width:201px;">HYEJ16M95DHX1</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:208px;">Computer</td>
			<td style="width:161px;">DELL Japan</td>
			<td style="width:201px;">VOSTRO</td>
			<td style="width:167px;">Can be replaced with another computer with C++ programming language</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:208px;">Image Recording Software</td>
			<td style="width:161px;">Lasertec Corporation</td>
			<td style="width:201px;">LMEYE7</td>
			<td style="width:167px;">Installed in a laser scanning microscope</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:208px;">Ion Coater</td>
			<td style="width:161px;">Japan Electron Optics Laboratory Ltd.</td>
			<td style="width:201px;">JEC3000F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:208px;">Laser Scanning Microscope</td>
			<td style="width:161px;">Lasertec Corporation</td>
			<td style="width:201px;">OPTELICS HYBRID</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="90">
			<td height="90" style="height:90px;width:208px;">Nanoimprint Device</td>
			<td style="width:161px;">Japan Laser Corporation&#160;</td>
			<td style="width:201px;">EUN-4200</td>
			<td style="width:167px;">Can be replaced with a electron beam lithography device or a focused ion beam milling device</td>
		</tr>
		<tr height="90">
			<td height="90" style="height:90px;width:208px;">Nanoimprint Mold</td>
			<td style="width:161px;">SCIVAX Corporation</td>
			<td style="width:201px;">3.0&#956;m pitch</td>
			<td style="width:167px;">Customized</td>
		</tr>
		<tr height="90">
			<td height="90" style="height:90px;width:208px;">Nanoimprint Resist</td>
			<td style="width:161px;">Toyo Gosei Co., Ltd&#160;</td>
			<td style="width:201px;">PAK01</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:208px;">Polishing Solution</td>
			<td style="width:161px;">Marumoto Struers K.K.</td>
			<td style="width:201px;">DP-Spray P 15&#956;m, 1&#956;m, 0.25&#956;m</td>
			<td>Use from coarse to fine</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:208px;">Pipet</td>
			<td style="width:161px;">AS ONE Corporation</td>
			<td style="width:201px;">10mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:208px;">Sand Paper</td>
			<td style="width:161px;">Marumoto Struers K.K.</td>
			<td style="width:201px;">SiC Foil #320, #800</td>
			<td>Use from coarse to fine</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:208px;">Spin Coater</td>
			<td>MIKASA Corporation</td>
			<td style="width:201px;">MS-A100</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

micro/nano-scale strain distribution measurement from sampling moir&#233; fringes

Este trabalho descreve o procedimento de medição e os princípios de uma técnica de moiré de amostragem para medições de deformação em campo completo de micro / nanotecnologia. A técnica desenvolvida pode ser realizada de duas maneiras: usando o método de moiré de multiplicação reconstruído ou o método de moiré de amostragem espacial de mudança de fase. Quando o passo da grade da amostra é de cerca de 2 pixels, são geradas franjas de moiré de amostragem de 2 pixéis para reconstruir um padrão de moiré de multiplicação para uma medição de deformação. Tanto as sensibilidades de deslocamento como de deformação são duas vezes mais elevadas do que no método tradicional de moiré de varredura, no mesmo campo de visão. Quando o passo da grelha da amostra é de cerca de ou superior a 3 pixels, são geradas franjas de moiré de amostragem de múltiplos pixéis, e uma técnica de mudança de fase espacial é combinada para uma medição de deformação de campo completo. A precisão da medição de tensão é significativamente melhorada, e a medição automática de lotes é facilmente alcançável.Ambos os métodos podem medir as distribuições de deformações bidimensionais (2D) a partir de uma imagem de grade de um único disparo sem rodar o espécime ou linhas de varredura, como nas técnicas de moiré tradicionais. Como exemplos, as distribuições de deslocamento e de deformação 2D, incluindo as estirpes de cisalhamento de dois espécimes de plástico reforçado com fibra de carbono, foram medidas em testes de flexão de três pontos. Espera-se que a técnica proposta desempenhe um papel importante nas avaliações quantitativas não destrutivas de propriedades mecânicas, ocorrências de fissuras e tensões residuais de uma variedade de materiais.

As distribuições de deslocamento e de deformação 2D de dois espécimes de plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) (# 1 e # 2) foram medidas de acordo com o princípio de formação de moiré 23 eo processo de medição ( Figura 1 ). Os espécimes CFRP foram constituídos por fibras de carbono K13D de 10-11 μm de diâmetro e resinas epoxi. A deformação do CFRP # 1 foi determinada utilizando o método de moiré de multip...

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Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moir&amp;#233; Fringes

Uma técnica de moiré de amostragem com métodos de amostragem de 2 pixels e multi-pixel para medições de distribuição de deformação de alta precisão na escala micro / nano é apresentada aqui.

Medição de Distribuição de Estirpes Micro / Nano-escala a partir da Amostragem Frisos Moiré

This work describes the measurement procedure and principles of a sampling moir&#233; technique for full-field micro/nano-scale deformation measurements. ...

The overall goal of this experiment is to accurately measure the strain distributions of materials at the micro or nano scale using the two-pixel or multi-pixel sampling moir

micronano-scale-strain-distribution-measurement-from-sampling-moir

Research

JoVE Journal

Engineering

Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moir&#233; Fringes

12.2K visualizações.  National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST). The overall goal of this experiment is to accurately measure the strain distributions of materials at the micro or nano scale using the two-pixel or multi-pixel sampling moir

Vídeo: Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moir&#233; Fringes

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

Medição da Dispersão Não-linearidades de um Nanoparticle plasmonic Individual

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Engenharia

Strain Sensing Based on Multiscale Composite Materials Reinforced with Graphene Nanoplatelets

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are proposed to create the electrical network in this work: (a) the incorporation of the nanoplatelets into the epoxy matrix and (b) the coating of the glass fabric with a sizing filled with the same nanoplatelets. Both types of multiscale composite materials, with an in-plane electrical conductivity of ~10-3 S/m, showed an exponential growth of the electrical resistance as the strain increases due to distancing between adjacent functionalized graphene nanoplatelets and contact loss between overlying ones. The sensitivity of the materials analyzed during this research, using the described procedures, has been shown to be higher than commercially available strain gauges. The proposed procedures for self-sensing of the structural composite material would facilitate the structural health monitoring of components in difficult to access emplacements such as offshore wind power farms. Although the sensitivity of the multiscale composite materials was considerably higher than the sensitivity of metallic foils used as strain gauges, the value reached with NH2 functionalized graphene nanoplatelets coated fabrics was nearly an order of magnitude superior. This result elucidated their potential to be used as smart fabrics to monitor human movements such as bending of fingers or knees. By using the proposed method, the smart fabric could immediately detect the bending and recover instantly. This fact permits precise monitoring of the time of bending as well as the degree of bending.

The integration of conductive nanoparticles, such as graphene nanoplatelets, into glass fiber composite materials creates an intrinsic electrical network susceptible to strain. Here, different methods to obtain strain sensors based on the addition of graphene nanoplatelets into the epoxy matrix or as a coating on glass fabrics are proposed.

Strain Sensing Baseado em Multiscale Materiais Compósitos reforçados com grafeno Nanoplatelets

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Armadilha óptica carregamento de dielétrico micropartículas no ar

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

Método Padrão para medir a eficiência Coleção de Wipe-amostragem de Explosivos Traço

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

Geração de tamanho controlado poli (etileno glicol) Diacrylate gotículas através de Semi-3-Dimensional Flow focando Microfluidic dispositivos

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, where the yarns in each layer are oriented parallel to each other and held in place using binder resins and thin polymer films. The armor is constructed by stacking the unidirectional layers in different orientations. To date, only very preliminary work has been performed to characterize the ageing of the binder resins used in unidirectional laminates and the effects on their performance. For example, during the development of the conditioning protocol used in the National Institute of Justice Standard-0101.06, UD laminates showed visual signs of delamination and reductions in V50, which is the velocity at which half of the projectiles are expected to perforate the armor, after ageing. A better understanding of the material property changes in UD laminates is necessary to comprehend the long-term performance of armors constructed from these materials. There are no current standards recommended for mechanically interrogating unidirectional (UD) laminate materials. This study explores methods and best practices for accurately testing the mechanical properties of these materials and proposes a new test methodology for these materials. Best practices for ageing these materials are also described.

The goal of the study was to develop protocols to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high-strength aramid or ultra-high-molar-mass polyethylene-based flexible unidirectional composite laminate materials and to describe protocols for performing artificial ageing on these materials.

Procedimentos de corte, testes de tração e envelhecimento de laminados unidirecionais flexíveis compósitos

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Intermediate Strain Rate Material Characterization with Digital Image Correlation

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common quasistatic equipment and procedures used for material characterization are not applicable for materials under dynamic loads. The dynamic response of a material depends on its deformation rate and is broadly categorized into high (i.e., greater than 200/s), intermediate (i.e., 10&#8722;200/s) and low strain rate regimes (i.e., below 10/s). Each of these regimes calls for specific facilities and testing protocols to ensure the reliability of the acquired data. Due to the limited access to high-speed servo-hydraulic facilities and validated testing protocols, there is a noticeable gap in the results at the intermediate strain rate. The current manuscript presents a validated protocol for the characterization of different materials at these intermediate strain rates. Strain gauge instrumentation and digital image correlation protocols are also included as complimentary modules to extract the utmost level of detailed data from every single test. Examples of raw data, obtained from a variety of materials and test setups (e.g., tensile and shear) is presented and the analysis procedure used to process the output data is described. Finally, the challenges of dynamic characterization using the current protocol, along with the limitations of the facility and methods of overcoming potential problems are discussed.

Here we present a methodology for the dynamic characterization of tensile specimens at intermediate strain rates using a high-speed servo-hydraulic load frame. Procedures for strain gauge instrumentation and analysis, as well as for digital image correlation strain measurements on the specimens, are also defined.

Cepa intermediária taxa Material caracterização com correlação de imagem Digital

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

Desenvolvimento de método para estudos espectroscópicos dielétricos de cavidade ressonante sem contato de papel Celulóico

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future combustion engine vehicle technology may emit large amounts of sub-23 nm particles. The Horizon 2020 funded project DownToTen (DTT) developed a sampling and measurement method to characterize particle emissions in this currently unregulated size range. A PN measurement system was developed based on an extensive review of the literature and laboratory experiments testing a variety of PN measurement and sampling approaches. The measurement system developed is characterized by high particle penetration and versatility, which enables the assessment of primary particles, delayed primary particles, and secondary aerosols, starting from a few nanometers in diameter. This paper provides instruction on how to install and operate this Portable Emission Measurement System (PEMS) for Real Drive Emissions (RDE) measurements and assess particle number emissions below the current legislative limit of 23 nm.

Presented here is the DownToTen (DTT) portable emission measurement system to assess real driving automotive emissions of sub-23 nm particles.

Medindo emissões de número de partículas reais de condução sub-23 nanômetros usando o sistema portátil de amostragem DownToTen

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future ...

Calibration Procedures for Orthogonal Superposition Rheology

Orthogonal superposition (OSP) rheology is an advanced rheological technique that involves superimposing a small-amplitude oscillatory shear deformation orthogonal to a primary shear flow. This technique allows the measurement of structural dynamics of complex fluids under non-linear flow conditions, which is important for the understanding and prediction of the performance of a wide range of complex fluids. The OSP rheological technique has a long history of development since the 1960s, mainly through the custom-built devices that highlighted the power of this technique. The OSP technique is now commercially available to the rheology community. Given the complicated design of the OSP geometry and the non-ideal flow field, users should understand the magnitude and sources of measurement error. This study presents calibration procedures using Newtonian fluids that includes recommendations for best practices to reduce measurement errors. Specifically, detailed information on the end-effect factor determination method, sample filling procedure, and identification of the appropriate measurement range (e.g., shear rate, frequency, etc.) are provided.

We present a detailed calibration protocol for a commercial orthogonal superposition rheology technique using Newtonian fluids including end-effect correction factor determination methods and recommendations for best practices to reduce experimental error.

Procedimentos de Calibração para Reologia de Superposição Ortogonal

Orthogonal superposition (OSP) rheology is an advanced rheological technique that involves superimposing a small-amplitude oscillatory shear deformation ...