[發明專利]一種水凝膠納米壓痕區域微調節裝置

有效

• 申請號: 201910804118.2
• 申請日: 2019-08-28
• 公開（公告）號: CN110455657B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 劉夏;李帥偉;楊慶生;苗博鈞
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N3/40
• 分類號: G01N3/40;G01N3/02;G01N3/06;G01N3/04;G01N3/62
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種水凝膠納米壓痕區域微調節裝置，該裝置主體為臺體，在臺體下部設有可以安裝在納米壓痕儀上的卡槽，臺體表面分別有固定臺和容置洞，固定臺上安裝有用于校核的標準熔融石英試樣，容置洞內的試樣可通過兩個方向的螺釘釘緊固定，在容置洞內設有圓臺形承載臺，承載臺與臺體內部的齒輪、齒條、滑槽、渦輪蝸桿和軸承組成升降臺，轉動臺體兩側的調節螺母可以使承載臺上下移動。本發明可以實現水凝膠材料在納米壓痕測量中的直接承載，能夠根據水凝膠隨水分流失而產生的變形對被測微尺度區域高度進調節，減少了試樣安裝時間，解決了由于水凝膠試樣承載和高度調節造成的被測微尺度區域改變而帶來的實驗誤差問題。

技術領域

本發明涉及一種水凝膠納米壓痕區域微調節裝置，特別是配合納米壓痕儀對水凝膠在位力學性能測試實驗時所使用的承載調節裝置，屬于微尺度力學性能測試技術領域。

背景技術

在水凝膠因良好的生物相容性而得到廣泛的應用過程中，其力學性能的變化及提高引起了人們的關注。傳統的水凝膠力學性能研究方法采用單軸拉伸或壓縮實驗，但是該方法主要研究的是較大體積水凝膠的宏觀力學性能，無法完成水凝膠局部或微觀結構的力學性能研究。納米壓痕實驗法作為一種非破壞性的研究方法，可通過對金剛石壓頭施加載荷而使壓頭壓入材料的方式，實現在微納米尺度下對水凝膠的在位力學性能進行實驗研究，具有試樣制備簡單、實驗接近無損、定位精度高和適用范圍廣等優點。但當前納米壓痕儀使用的承載裝置無法實現對于水凝膠的直接承載，且由于承載平臺高度不能調節、承載面積小等缺點，大大增加了實驗難度。因此對水凝膠納米壓痕區域微調節裝置的研究具有很高的實用價值。

當前的納米壓痕實驗過程中，試樣承載裝置可以對金相試樣或者粘結在固定臺上的試樣進行固定，但是在水凝膠試樣的直接承載和試樣高度調節中依然存在一些問題：

(1)現如今納米壓痕實驗中的試樣承載部位底部支撐為螺釘，無法實現對于水凝膠材料的直接承載，必須通過金相鑲嵌或者粘結在其它試樣的方式對水凝膠先進行固定承載后，再置于納米壓痕實驗承載裝置的螺釘上。該承載固定方法較為復雜，效率低，增加了實驗難度。

(2)在試樣固定過程中，現有納米壓痕承載裝置對試樣的固定方法為底部螺釘支撐、單方向側向釘緊的形式。而在試樣放置過程中試樣幾何中心往往與螺釘中心不重合，側向釘緊后會造成試樣表面傾斜。在納米壓痕實驗中，壓頭采用垂直壓入材料的方式得到相關力學性能，試樣表面傾斜會導致實驗系統計算的壓頭壓入面積與實際壓入面積不符，造成實驗誤差。

(3)納米壓痕測試高度在一定范圍內，高于或者低于標準試樣太多均會造成實驗失敗。試樣安裝過程中，試樣與標準試樣是否在一水平面只能靠肉眼分別，安裝上去后高度固定且難以調節，若是試樣安裝過高或或過低，只能將試樣拆下重新安裝，這個過程會浪費大量時間。且水凝膠試樣在實驗一定時間后由于失水收縮其表面會降低，實驗過程中試樣重新安裝會由于該微結構區域難以尋找而導致該區域的力學性能無法連續測量。

為克服以上問題，本發明提出了一種水凝膠納米壓痕區域微調節裝置，該發明在具有原有納米壓痕承載裝置功能的基礎下，還可以對水凝膠等軟物質進行直接承載，通過螺母調節可以實現承載臺的高度自由升降，大幅度節約實驗時間并確保水凝膠納米壓痕實驗的連續進行，同時保證試樣在測試過程無任何微小的擾動，從而減少由于納米壓痕實驗過程中試樣反復安裝帶來的數據誤差，更精準的獲得材料的在位力學性能。

發明內容

本發明的目的在于設計了水凝膠納米壓痕區域微調節裝置，通過該裝置可以實現對水凝膠納米壓痕試樣的直接承載，并能夠自由調節承載平臺高度，保證了材料不受制備過程的影響，減少了試樣安裝時間，優化了整個實驗過程。