Bu çalışma JSPS KAKENHI, hibe numaraları JP16K17988 ve JP16K05996 tarafından ve Kabine Ofisi tarafından işletilen Yapısal Malzemeler için Yenilikçi Ölçme ve Analiz (SIP-IMASM) Birimi D66&#39;nın D66 Birimi Stratejik Yenilik Geliştirme Programı tarafından desteklenmiştir. Yazarlar Drs&#39;a da minnettarlar. Satoshi Kishimoto ve Kimiyoshi Naito CFRP materyalleri için NIMS&#39;de.

1. Numune üzerindeki Mikro / Nano-ölçekli Izgaranın Onaylanması <ol><li> Numunenin İşlenmesi <ol><li> Numuneyi, mikroskop altında kullanılan spesifik yükleme cihazı ( örn., 1 x 5 x 30 mm 3 ) ile istenen boyuta getirin ve böylece yüzeyin , ilgilenilen bölgeden 1.5 kat daha büyük olmasını sağlayın. </li><li> Otomatik bir cila makinesi üzerinde sırayla kaba ve ince kum kağıdı kullanarak ardarda gözlemlenecek olan numune yüzeyini ( örn., 1 x 30 mm2) parlatın ( örn. SiC folyo # 320&#39;yi 3 dakika boyunca ve sonra # 800&#39;ü 1 dakika 150 rpm&#39;de kullanın Ve 30 N). Her parlatma adımından sonra numuneyi su kullanarak temizleyin. </li><li> Aynı numune yüzeyini, otomatik parlatma makinesinde sırayla kaba ve ince parlatma çözümleri kullanarak parlatın ( örn., DP-Spray P 15 dakika boyunca 5 dakika, P 1 μm 8 dakika boyunca ve P 0.25 μm&#39;de 10 dakika 150 rpm&#39;de kullanın ve 30 N). Numuneyi her polisinden sonra su kullanarak temizleyinAdım at. </li></ol></li><li> Numuneye Periyodik Bir Desen Var Olmasaydı Mikro / Nano Ölçekli Izgaranın Üretilmesi NOT: Numune yüzeyindeki mikro / nano ölçekte doğal periyodik bir model mevcutsa, bu adım atlanabilir. Izgara imalat yöntemini aşağıdakilerden seçin: ultraviyole (UV) veya ısıtma nanoimprint lithography (NIL) 26 , elektron ışını litografi (EBL) 2 ve odaklanmış iyon demiri (FIB) frezeleme 6 . NOT: Izgara üretim süreci burada UV NIL örnek olarak verilmiştir. <ol><li> Bir pipet kullanarak numune yüzeyine 2 mL UV direnci bırakın. </li><li> Örtüyü 60 saniye süreyle 1,500 rpm&#39;de bir spin kaplayıcı kullanarak numune yüzeyine astar. </li><li> 0.2 MPa&#39;lık bir basınçta bir nano-baskı kalıbını direnç tabakasına bastırın. Rezistansı 30 saniye boyunca 375 nm dalga boyunda UV&#39;ye maruz bırakın. </li><li> Nanoimprint kalıplarını numune yüzeyinden ayın. </li></ol&gt; </li><li> Mikroskop Kullanarak Numune Üzerindeki Izgaranın Gözlemlenmesi <ol><li> Ġyon kaplayıcısı kullanarak ızgara yüzeyinde 3-10 nm kalınlıkta bir platin veya altın tabakası örün ( örn., 30 μA&#39;lik bir püskürtme akımı ile 3 Pa&#39;da 30 saniye süreyle kaplama) kaplayın. </li><li> Numuneyi bir lazer tarama mikroskopu (LSM) 23 içine koyun. NOT: Bir transmisyon elektron mikroskopu (TEM) 5 , bir atomik kuvvet mikroskopu (AFM) 12 veya bir taramalı elektron mikroskopu (SEM) 7 gibi diğer mikroskoplar da kullanılabilir. </li><li> Mikrofondaki görüntü kayıt yazılımında &quot;Yakala&quot; ve &quot;Dosya | Dışa Aktar | Resim Dosyası&quot; nı tıklayarak mikroskop kullanarak odaklamayı ayarlayın ve bir ızgaralı görüntüyü kaydedin. </li></ol></li><li> Izgaranın Grid Pitchinin (nm veya μm) Grid Görüntüsünden Hesaplanması <ol><li> 10 gr&#39;dan daha fazla ortalama değeri hesaplayınId, tarama veya objektif bozulmasının potansiyel etkisini önlemek için ızgaralı görüntünün orta bölümünde bulunur. NOT: Numunedeki ızgaralar, oda sıcaklığında birkaç gün boyunca saklanabilir. </li></ol></li></ol> 2. Yükleme Testinde Izgaralı Görüntülerin Elde Edilmesi <ol><li> Mikroskopta Yükleme Testinin Hazırlanması <ol><li> Numuneyi, çekme, basma, ısıtma veya elektrikli yükleme cihazı gibi bir yükleme cihazına mikroskop altında sabitleyin. NOT: Izgara aralığı 20 nm&#39;den düşükse, bir TEM veya AFM kullanılmalıdır. Izgara aralığı 20 nm ila 10 um ise, bir SEM kullanılabilir. Izgara aralığı 400 nm&#39;den büyükse bir LSM kullanılabilir. </li><li> Spesifik gerekliliklere göre yük hızını ( örneğin 0.01 mm / s) ve yük veya yer değiştirme artımlı adımı ( örn. 0.5 N / adım veya 0.024 mm / adım) ayarlayın. Yükü ve yer değiştirmeyi sıfıra ayarlayın. </li><li> Şebekeyi sörf yapınGözlem düzleminde as. Mikroskop örnek aşamasını hareket ettirerek veya döndürerek düşük bir büyütme altında ilgi alanı seçin. </li><li> Görüntüdeki ızgara aralığını 1.8 × bir piksel boyutundan büyük yaparak uygun bir büyütme seçin. NOT: Genellikle, görüntüdeki ızgaranın aralığını 2 pikselden fazla yapmak daha iyidir. Bir ızgara aralığı daha fazla piksel karşılık geldiğinde, deformasyon ölçümünün doğruluğu artar; ancak ölçüm alanının boyutu o kadar küçüktür. </li></ol></li><li> Yükleme Testinde Izgaralı Görüntülerin Toplanması <ol><li> Mikroskop görüntü kayıt yazılımında &quot;Yakala&quot; ve &quot;Dosya | Dışa Aktar | Resim Dosyası&quot; nı tıklayarak yüklemeden önce ilgi alanının bir ızgaralı görüntüsünü kaydedin. </li><li> Yükleme cihazının işletim yazılımını kullanarak ilk yük adımı ( örneğin 0,5 N veya 0,024 mm) uygulayarak numuneyi mikroskop üzerine yerinde yüklemeye başlayın. </li><li> RecMikroskop görüntü kayıt yazılımındaki &quot;Yakala&quot; ve &quot;Dosya | Dışa Aktar | Resim Dosyası&quot; nı tıklayarak ilk yük aşamasından ( örneğin 0.5 N veya 0.024 mm&#39;de) sonra ilgi alanının bir ızgara görüntüsü elde edin. Mikroskopun büyütme ve çalışma mesafesinin değişmeden kalmasını sağlayın. </li><li> Yükleme cihazını kullanarak her bir yük adımı uygulayarak numuneyi yüklemeye devam edin. Her bir yük adımı sonrasında, numune kırıldığında veya belirli bir değere ulaşılana kadar ( örneğin, 19 kez yükleyin ve 19 grid resmini, 1 N, 1,5 N, 2,0 N, ..., 10 N, 0.5 olarak aralıklarla kaydedin) ızgara görüntüsünü kaydedin. N veya 0.024 mm aralıklarla 0.048 mm, 0.072 mm, 0.096 mm, ..., 0.48 mm&#39;de). Mikroskopun büyütme ve çalışma mesafesinin değişmediğinden emin olun. NOT: Izgara görüntüleri keyfi olarak uzun bir süre kaydedilebilir. </li></ol></li></ol> 3. Örnekleme Öncesi ve Sonrası Örnekleme Hareketsizliklerinin Üretimiormation <ol><li> Izgaralı Görüntülerde Izgara Eğrilerinin (piksel) Tahmini <ol><li> Yüklemeden önce, bir görüntü işleme yazılımında ( örn., Microsoft Paint) iki bitişik ızgaranın merkezleri arasındaki mesafeyi ölçerek ızgara görüntüsündeki ızgara aralığını (birim: piksel) tahmin edin. </li><li> Maksimum yükte ızgara görüntüsündeki ızgara aralığını tahmin edin. </li></ol></li><li> Örnekleme Aralığının Belirlenmesi (piksel) <ol><li> Izgara eğimleri önce ve deformasyon 1.8 ila 2.5 piksel arasında olduğunda adım 3.2.2&#39;ye geçin. Izgara aralıkları deformasyondan önce ve sonra 2,4 ve 3,6 piksel arasında olduğunda adım 3.2.3&#39;e geçin. Izgara aralıkları deformasyondan önce ve sonra 3.2 pikselden büyük olduğunda 3.2.4 adımına atlayın. </li><li> Örnekleme adımını T = 2 piksel olarak ayarlayın. Adım 3.3&#39;e atlayın. </li><li> Örnekleme adımını T = 3 piksel olarak ayarlayın. Adım 3.3&#39;e atlayın. </li><li> Örnek alma aralığı T&#39;yi pozitif olarak ayarlayınDeformasyon öncesi ve sonrası 0.75x ve 1.25x ızgara aralıkları, bol miktarda simülasyon sonucundan tespit edilmiştir22. NOT: 3.2.1 ve 3.2.4 adımlarındaki gereksinimleri karşılayan 2 pozitif tam sayı varsa, örnekleme aralığı olarak daha büyük tam sayı seçmek daha iyidir. Gereksinimleri karşılayan 3 veya daha fazla pozitif tam sayı varsa, örnekleme aralığından biraz daha büyük olduğu sürece orta tamsayıyı seçmek daha iyidir. </li></ol></li><li> Deformasyondan Önce Numune Alma Köşeleri Oluşturma <ol><li> Deformasyondan önce ızgara görüntüsünü açın. X yönünün yatay olarak sağa olduğunu varsayıldığında, y yönü dikey olarak aşağı doğrudur ve koordinat (0, 0) sol üst köşede bulunur, x görüntüsünün W genişliğini ve y yönündeki görüntü yüksekliğini hesaplar . NOT: y yönü aşağıdaki gibi tanımlanabilir:Dikey olarak yukarıya. </li><li> Y yönünde moiré saçak oluşturmak için adım 3.3.3&#39;e gidin. X yönünde moiré saçak oluşturmak için adım 3.3.7&#39;ye geçin. </li><li> Izgara görüntüsünü bir alçak geçiren filtre (LPF) kullanarak ızgaralı bir görüntüye işleyin. Örneğin, ana yönlendirmenin ızgaraya dik doğrultu olarak tanımlandığı, ana yönü x olan ızgarayı bastırmak için bir FT algoritması kullanın. Filtre boyutunu ızgara aralığına yakın olacak şekilde ayarlayın. </li><li> Izgara görüntüsünü, sadece birkaç yatay çizgide gri değerlerini çıkartarak inceltin; örnekleme aralığı T ( T ≥2) y = k piksel ( k = 0) ( Şekil 1 ) arasındaki mesafeyle ( diğer bir deyişle yalnızca griyi Y = k piksel, y = k + T piksel, ..., y = k + iT piksel örnekleme hatlarındaki değerleri , burada i bir po&#39;durSitatif tam sayı). Son örnekleme çizgisinin ( k + iT) koordinatını, görüntü yüksekliğinden ( H) daha düşük yapın. </li><li> Yatay örnekleme çizgileri ile görüntünün tam alan yoğunluğu enterpolasyonunu (doğrusal veya B-spline) gerçekleştirerek y yönünde bir örnekleme hareli deseni oluşturun. </li><li> 1 piksel artan adımında k değiştirerek ( yani, inceltmenin başlangıç ​​noktasını y = k olarak değiştirerek) 3.3.4 ve 3.3.5 adımlarını tekrarlamak suretiyle y yönünde diğer T -1 örnekleme hareli desenleri oluşturun Piksel; k = 1, ..., T -1). </li><li> Adım 3.3.3&#39;te x&#39;ten y&#39;ye değiştirilerek x yönünde T adımlı uzamsal faz kaydırmalı örnekleme hareli desenleri oluşturmak için adım 3.3.3-3.3.6&#39;daki aynı işlemleri kullanın; görüntü yüksekliği H&#39;yi görüntü genişliği W olarak değiştirin Ve y&#39;yi 3.3 adımlarında x olarak değiştirme.4-3.3.6. NOT: x yönündeki örnekleme aralığı y yönündeki örnekleme yelpazesinden farklı olabilir. </li></ol></li><li> Deformasyon Sonrası Numune Alma Köşeleri Üretimi <ol><li> Tüm ızgaraları farklı yüklerde açın. Izgara görüntülerinin sayısının N olduğunu varsayalım . </li><li> Adımları 3.3.3-3.3.6 N kez tekrarlayarak y yönünde T- adım uzaysal faz kaydırmalı moiré saçaklardan N grup oluşturun. </li><li> Adım 3.3.7&#39;yi N kez tekrarlayarak x adımında N- adım uzaysal faz kayması moiré saçaklardan N grup oluşturun. </li></ol></li></ol> 4. Yükleme Testinde Numunenin Deformasyon Ölçümü <ol><li> Deformasyondan Önce ve Sonra Moir Saçılmaların Hassasiyetlerinin Belirlenmesi <ol><li> Deformasyona uğramadan önce T- adım moiré saçaklardaki yoğunlukları çıkartınAdım 3.3.5 ve 3.3.6&#39;da y yönünde; Adım 3.3.7&#39;deki x yönündeki moiré yoğunluklarını belirleyin. Aşağıdaki denklem 23 kullanılarak j ( j = x , y ) yönünde deformasyon öncesi T- basamağını ( T ≥2) moiré yoğunluklarını tanımlayın: <img alt="Denklem 1" src="/files/ftp_upload/55739/image001.jpg" /> (1) Burada p j , j ( j = x , y ) yönünde deformasyon öncesi ızgara aralığıdır, A modüle edilmiş genliktir ve D arka planı ve yüksek frekanslı yoğunlukları içerir. </li><li> Adım 3.4.2&#39;de y doğrultusunda deformasyon sonrasında T-adım moiré saçaklarının yoğunluklarını çıkartın ve adım 3.4.3&#39;te x yönündeki moiré yoğunluklarını belirleyin. Deformasyondan sonraki T- kademeli ( T ≥ 2) moiré yoğunluklarını tanımlayın.J ( k ), p j , A ve D&#39; yi I &#39; m, j ( k ), p &#39; ye değiştirerek yukarıdaki aynı denklemi (Denklem 1) kullanarak j ( j = x , y ) J , A &#39;ve D &#39; olarak gösterilir, burada üst simge tekli terim deformasyondan sonra anlamına gelir. NOT: Örnekleme perdesi T ≥ 3 piksel ise, bu adımı dikkate almayın ve adım 4.3&#39;e geçin. </li></ol></li><li><ol><li> Aşağıdaki denklem kullanılarak deformasyon öncesi iki aşamalı örnekleme moiré yoğunlukları ( Şekil 1a ) arasındaki çarpımsal parazitten çarpma moiré saçakları yeniden yapılandırın . <img alt="Denklem 2" src="/files/ftp_upload/55739/image002.jpg" /> (2) Burada çoklu, j yoğunluğu için o duruyor oDeformasyon öncesi j ( j = x , y ) yönündeki yeniden yapılandırılmış çarpım moiré saçaklar. </li><li> Fringe merkezleme tekniği 24 kullanılarak deformasyon öncesi yeniden yapılandırılmış çarpma moiré saçaklarını işleyin. Yeniden yapılandırılmış çoğaltma moiré&#39;nin merkez çizgilerindeki saçak siparişlerine ardışık tam sayı ve yarı tam sayı f j = [1, 1.5, 2, 2.5, ...] atayın. NOT: Çarpım moiresi saçakları çok yoğunsa, iki basamaklı örnekleme harnezinin saçak siparişleri önce belirlenebilir ( yani, f j ( 0) = [1, 0, 2, 0, 3, 0, ...] ve F j (1) = [0, 1.5, 0, 2.5, 0, 3.5, ...]). Çarpma moiresi saçaklarının saçak sırası f j = f j (0) + f j (1) = [1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, ...] olacaktır. Sert gövde yer değiştirmesi gerinme sonucunu etkilemez. </li><li> Aşağıdaki denklemleri kullanarak örnekleme adımına göre deformasyona uğramadan önce numunenin göreli gerginliğini ölçün 23 <img alt="Denklem 3" src="/files/ftp_upload/55739/image003.jpg" /> (3) <img alt="Denklem 4" src="/files/ftp_upload/55739/image004.jpg" /> (4) Burada u j_rela ve ε j_rela sırasıyla j ( j = x , y ) doğrultusunda deformasyona uğramadan önce numunenin nispi yer değiştirmesi ve göreli gerginliğini temsil eder ve γ xy_rela deformasyon öncesi göreli makaslama gerilmesini ifade eder. </li><li> X ve y yönlerinde deformasyon yapıldıktan sonra numunenin N çarpı boyunca deformasyona uğramasından sonra, I multi, j , I m, j (0), I m, j değişkeni değişen örneklerin göreli soylarını belirlemek için 4.2.1-4.2.3 adımlarını tekrarlayın </I &#39; çoklu, j , I &#39; denklemlerinde (2) - (4) &#39;de pj, A , D, uj_rela ( j = x , y ), εj_rela ve γxy_rela (J = x, y), ε &#39; j_rela ve γ &#39; xy_rela , sırasıyla, m &#39;, j &#39; , Burada üst simge tekli terim deformasyondan sonra anlamına gelir. </li><li> J ( j = x , y ) doğrultusundaki gerçek normal gerinimi ε j&#39;yi belirleyin; bu, ızgara aralığı ile absolut olan makaslama gerinimi γ xy&#39;nin göreli değişimidürE deformasyon öncesi ve sonrası göreli soylardan gelen yükün sebep olduğu ızgara açısının varyasyonu 20 . <img alt="Denklem 5" src="/files/ftp_upload/55739/image005.jpg" /> (5) <img alt="Denklem 6" src="/files/ftp_upload/55739/image006.jpg" /> (6) </li></ol></li><li> Deformasyon Ölçümü Örnekleme Aralığı T ≥ 3 pikseldir <ol><li> Uzamsal faz kaydırma tekniğini kullanarak k = 0 olduğunda şekil değiştirmeden önce j ( j = x , y ) yönündeki örnekleme moiresi saçaklarının fazını hesaplayın ( Şekil 1b ) 21 <img alt="Denklem 7" src="/files/ftp_upload/55739/image007.jpg" /> (7) </li><li> Deformasyondan sonra k = 0 iken j ( j = x , y ) yönündeki örnekleme moiresi saçaklarının fazını, φ m&#39;nin yerine geçerek elde edin , <eM&gt; j ve I m, j ( k ) ile sırasıyla, eşitlik (7) &#39;de m&gt; j ve I m, j ( k )&#39; dir. N yük için N kez tekrarlayın. NOT: Adım 4.3.1 ve 4.3.2&#39;deki faz dağılımlarında çok fazla rastgele gürültü varsa fazları yumuşatmak için bir gün / cos filtresi 25 kullanılabilir. </li><li> Deformasyondan önce ve sonra j ( j = x , y ) yönündeki örnekleme moiresi saçaklarının faz farkını belirleyin ( yani, Δ φ m, j = φ &#39; m, j - φ m, j ). </li><li> Deplasmanın u j , normal gerinim ε j dağılımlarını ölçün <eM&gt; j ( j = x , y ) yönü ve yükün neden olduğu numunenin kayma gerginliği γ xy . Aşağıdaki denklemleri 6 ve 21&#39;i kullanın <img alt="Denklem 8" src="/files/ftp_upload/55739/image008.jpg" /> (8) <img alt="Denklem 9" src="/files/ftp_upload/55739/image009.jpg" /> (9) <img alt="Denklem 10" src="/files/ftp_upload/55739/image010.jpg" /> (10) NOT: Gerinim dağılımlarında çok fazla gürültü varsa, ortalama bir düzeltici filtre kullanılabilir, bu filtrenin boyutu 2 kılavuz sahadan küçüktür. </li></ol></li><li> Sonuç Depolama <ol><li> Harman tüyleri, aşamaları (örnekleme aralığı T ≥ 3 pikselden), yer değiştirmeleri ve soyları, .tif veya .bmp dosyaları gibi resimler biçiminde ve .txt veya .csv gibi metin biçiminde kaydedin. dosyaları. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Weller, R., Shepard, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Displacement+measurement+by+mechanical+interferometry.">Displacement measurement by mechanical interferometry.</a> Proc. Soc. Exp. Stress Anal. 6 (1), 35-38 (1948).</li><li>Kishimoto, S., Egashira, M., Shinya, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microcreep+deformation+measurements+by+a+moir&#233;+method+using+electron+beam+lithography+and+electron+beam+scan.">Microcreep deformation measurements by a moir&#233; method using electron beam lithography and electron beam scan.</a> Opt. Eng. 32 (3), 522-526 (1993).</li><li>Ifju, P., Han, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+applications+of+moir&#233;+interferometry.">Recent applications of moir&#233; interferometry.</a> Exp. Mech. 50 (8), 1129-1147 (2010).</li><li>Zhang, H., Wu, C., Liu, Z., Xie, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+curved+surface+micro-moir&#233;+method+and+its+application+in+evaluating+curved+surface+residual+stress.">A curved surface micro-moir&#233; method and its application in evaluating curved surface residual stress.</a> Meas. Sci. Technol. 25 (9), 095002 (2014).</li><li>Zhang, H., Liu, Z., Wen, H., Xie, H., Liu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subset+geometric+phase+analysis+method+for+deformation+evaluation+of+HRTEM+images.">Subset geometric phase analysis method for deformation evaluation of HRTEM images.</a> Ultramicroscopy. 171, 34-42 (2016).</li><li>Wang, Q., Kishimoto, S., Xie, H., Liu, Z., Lou, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+high+temperature+creep+deformation+of+micro-structure+with+metal+film+wire+on+flexible+membrane+using+geometric+phase+analysis.">In situ high temperature creep deformation of micro-structure with metal film wire on flexible membrane using geometric phase analysis.</a> Microelectron. Reliab. 53 (4), 652-657 (2013).</li><li>Wang, Q., Kishimoto, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+analysis+of+residual+stress+and+stress+intensity+factor+in+a+resist+after+UV-nanoimprint+lithography+based+on+electron+moir&#233;+fringes.">Simultaneous analysis of residual stress and stress intensity factor in a resist after UV-nanoimprint lithography based on electron moir&#233; fringes.</a> J. Micromech. Microeng. 22 (10), 105021 (2012).</li><li>Kishimoto, S., Wang, Q., Xie, H., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+the+surface+structure+of+butterfly+wings+using+the+scanning+electron+microscopic+moir&#233;+method.">Study of the surface structure of butterfly wings using the scanning electron microscopic moir&#233; method.</a> Appl. Opt. 46 (28), 7026-7034 (2007).</li><li>Li, C., Liu, Z., Xie, H., Wu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+3D+SEM+Moir&#233;+method+for+micro+height+measurement.">Novel 3D SEM Moir&#233; method for micro height measurement.</a> Opt. Express. 21 (13), 15734-15746 (2013).</li><li>Xie, H., Wang, Q., Kishimoto, S., Dai, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+planar+periodic+structure+using+inverse+laser+scanning+confocal+microscopy+moir&#233;+method+and+its+application+in+the+structure+of+butterfly+wing.">Characterization of planar periodic structure using inverse laser scanning confocal microscopy moir&#233; method and its application in the structure of butterfly wing.</a> J. Appl. Phys. 101 (10), 103511 (2007).</li><li>Tang, M., Xie, H., Wang, Q., Zhu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase-shifting+laser+scanning+confocal+microscopy+moir&#233;+method+and+its+applications.">Phase-shifting laser scanning confocal microscopy moir&#233; method and its applications.</a> Meas. Sci. Technol. 21 (5), 055110 (2010).</li><li>Xie, H., Kishimoto, S., Asundi, A., Boay, C. G., Shinya, N., Yu, J., Ngoi, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-plane+deformation+measurement+using+the+atomic+force+microscope+moir&#233;+method.">In-plane deformation measurement using the atomic force microscope moir&#233; method.</a> Nanotechnology. 11 (1), 24 (2000).</li><li>Xie, H., Liu, Z., Fang, D., Dai, F., Gao, H., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+on+the+digital+nano-moir&#233;+method+and+its+phase+shifting+technique.">A study on the digital nano-moir&#233; method and its phase shifting technique.</a> Meas. Sci. Technol. 15 (9), 1716 (2004).</li><li>Wang, Q., Kishimoto, S., Yamauchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-directional+structural+characterization+of+hexagonal+packed+nanoparticles+by+hexagonal+digital+moir&#233;+method.">Three-directional structural characterization of hexagonal packed nanoparticles by hexagonal digital moir&#233; method.</a> Opt. Lett. 37 (4), 548-550 (2012).</li><li>Liu, Z., Lou, X., Gao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deformation+analysis+of+MEMS+structures+by+modified+digital+moir&#233;+methods.">Deformation analysis of MEMS structures by modified digital moir&#233; methods.</a> Opt. Lasers Eng. 48 (11), 1067-1075 (2010).</li><li>Li, Y., Xie, H., Chen, P., Zhang, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+analysis+of+moir&#233;+fringe+multiplication+under+a+scanning+electron+microscope.">Theoretical analysis of moir&#233; fringe multiplication under a scanning electron microscope.</a> Meas. Sci. Technol. 22 (2), 025301 (2010).</li><li>Patorski, K., Wielgus, M., Ekielski, M., Ka&#378;mierczak, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AFM+nanomoir&#233;+technique+with+phase+multiplication.">AFM nanomoir&#233; technique with phase multiplication.</a> Meas. Sci. Technol. 24 (3), 035402 (2013).</li><li>Wang, Q., Ri, S., Takashita, Y., Ogihara, S., Yoshida, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+33:+Full-field+measurements+of+principal+strains+and+orientations+using+moir&#233;+fringes.">Chapter 33: Full-field measurements of principal strains and orientations using moir&#233; fringes.</a> Advancement of Optical Methods in Experimental Mechanics. 3, 251-259 (2017).</li><li>Wang, Z., Han, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+iterative+algorithm+for+phase+extraction+of+randomly+phase-shifted+interferograms.">Advanced iterative algorithm for phase extraction of randomly phase-shifted interferograms.</a> Opt. 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>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Açıklanan teknikte, zorlu bir adım, numunede periyodik bir desen mevcut değilse mikro / nano ölçekli ızgaralı veya ızgaralı (ızgaralı olarak kısaltılmış) üretimdir26. Izgara aralığı deformasyona uğramadan önce üniform olmalı çünkü deformasyon ölçümü için önemli bir parametredir. Malzeme metal, metal alaşım veya seramik ise, UV veya ısıtma nanoimprint litografi (NIL) 27 , elektron ışını litografi (EBL) 2 , odaklanmış iyon demeti (F...

Mikro / nano ölçekli deformasyon ölçümleri, gelişmiş malzemelerin mekanik özelliklerini, istikrarsız davranışlarını, artık gerilmelerini ve çatlak oluşumlarını değerlendirmek için hayati önem taşır. Optik teknikler temassız, tam alanlı ve tahribatsız olduğundan, son birkaç on yıl boyunca deformasyon ölçümü için çeşitli optik yöntemler geliştirilmiştir. Son yıllarda, mikro / nano ölçekli deformasyon ölçüm teknikleri ağırlıklı olarak moiré yöntemleri 1 , 2 , 3 , 4 , geometrik faz analizi (GPA) 5 , 6 , Fourier dönüşümü (FT), dijital görüntü korelasyonu (DIC) ve Elektronik benekli desen interferometrisi (ESPI). Bu teknikler arasında GPA ve FT, çoklu frekanslar mevcut olduğu için karmaşık deformasyon ölçümleri için uygun değildir. DIC yöntemi simAncak gürültüye karşı güçsüzdür çünkü deformasyon taşıyıcısı rasgele benektir. Son olarak, ESPI titreşime karşı oldukça duyarlıdır. Mikro / nano ölçekli moiré yöntemleri arasında şu anda en çok kullanılan yöntemler, elektron tarama moiré 7 , 8 , 9 , lazer tarama moiré 10 , 11 ve atomik kuvvet mikroskopu (AFM) moiré 12 gibi mikroskop tarama moiré yöntemlerdir Ve dijital / üst üste moiré 13 , 14 , 15 yöntemi ve çarpma / kısmi moiré yöntemi 16 , 17 gibi bazı mikroskop tabanlı moiré yöntemleri. Tarama moiré yönteminin geniş bir görüş alanı, yüksek resoLution ve rassal gürültüye duyarsızlık. Bununla birlikte, geleneksel tarama moiré yöntemi, 2 boyutlu şekil değiştirme ölçümleri için uygun değildir, çünkü örneklemin veya tarama yönünün 90 ° döndürülmesi ve iki yönde moiré saçaklar oluşturmak için iki kez tarama yapılması gereklidir [ 18] . Döndürme ve çift tarama işlemleri, dönme hatasını getirir ve uzun sürebilir ve 2D gerinim ölçüm hassasiyetini, özellikle kayma gerginliğini ciddi şekilde etkiler. Zamansal faz kaydırma tekniği 19 , 20 deformasyon ölçüm doğruluğunu iyileştirebilmesine rağmen zaman ve dinamik testler için uygun olmayan özel bir faz kaydırma cihazı gerektirir. Örnekleme moiré yöntemi 21 , 22 , deplasman ölçümlerinde yüksek bir doğruluk derecesine sahiptir ve şu anda özellikle otomobiller p köprüleri üzerinde sapma ölçümleri için kullanılmaktadıreşek. Örnekleme moiré yöntemini mikro / nano-ölçekli 2D gerinim ölçümlerine genişletmek için, 2 piksel örneklemeli moiré saçaklardan, ölçmelerin iki kat daha hassas olduğu geniş bir görüş alanı olan yeniden yapılandırılmış bir çarpma moiré yöntemi 23 geliştirildi. Tarama moiré yöntemi tutulur. Dahası, mekansal faz kaydırmalı örnekleme moiré yöntemi, çok pikselli örneklemeli moiré saçaklardan geliştirildi ve yüksek hassasiyetli gerinim ölçümleri yapılmasına olanak sağladı. Bu protokol detaylı gerinim ölçme prosedürünü tanıtacak ve araştırmacılara ve mühendislere deformasyonun nasıl ölçüleceğini, malzemelerin ve ürünlerin üretim süreçlerini iyileştirmeyi öğrenmesine yardımcı olması bekleniyor.

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

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

Bu çalışma, tam saha mikro / nano ölçekli deformasyon ölçümleri için örnekleme moiré tekniğinin ölçüm prosedürü ve ilkelerini açıklamaktadır. Geliştirilen teknik iki şekilde gerçekleştirilebilir: yeniden yapılandırılmış çarpma moiré yöntemi veya uzamsal faz kaydırmalı örnekleme moiré yöntemi. Örnek ızgara payı yaklaşık 2 piksel olduğunda, bir deformasyon ölçümü için bir çarpma moiré paterni yeniden oluşturmak için 2 piksel örnekleme moiré saçaklar oluşturulur. Hem yer değiştirme hem de gerinim duyarlılıkları, aynı geniş görüş alanında geleneksel tarama moiré yönteminin iki katı kadar yüksektir. Örnek ızgara aralığı 3 pikselden daha yakın veya çok olduğunda, çok piksel örnekleme moiré saçaklar oluşturulur ve bir tam alan deformasyon ölçümü için bir mekansal faz kaydırma tekniği birleştirilir. Gerinim ölçüm hassasiyeti belirgin şekilde geliştirilmiş ve otomatik toplu ölçüm kolayca başarılabilir.Her iki yöntem de, geleneksel moiré tekniklerinde olduğu gibi, numuneyi veya tarama çizgilerini döndürmeden bir tek atışlı ızgara görüntüsünden iki boyutlu (2D) gerinim dağılımlarını ölçebilir. Örnek olarak, iki karbon elyaf takviyeli plastik numunenin kesilme soyları da dahil olmak üzere, iki boyutlu deplasman ve gerinim dağılımları üç noktalı bükülme testlerinde ölçüldü. Önerilen yöntemin, çeşitli malzemelerin mekanik özelliklerinin, çatlak oluşumlarının ve artık gerilmelerin tahribatsız nicel değerlendirmelerinde önemli bir rol oynaması beklenmektedir.

İki karbon elyaf takviyeli plastik (CFRP) numunesinin (# 1 ve # 2) 2D deplasman ve gerinim dağılımları, moire oluşturma prensibi 23&#39;e ve ölçüm sürecine ( Şekil 1 ) göre ölçülmüştür. CFRP örnekleri 10-11 um çaplı K13D karbon elyaflarından ve epoksi reçinelerden yapılmıştır. CFRP # 1&#39;in deformasyonu, iki aşamalı örnekleme moiré saçaklarından yeniden yapılandırılmış çarpma moiré yöntemi ku...

Watch this Scientific Journal Video about Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling MoirÃ© Fringes at JoVE.com

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

Mikro / nano ölçekte yüksek hassasiyetli gerinim dağılımı ölçümleri için 2-piksel ve çok piksel örnekleme yöntemleri içeren örnekleme moiré tekniği burada sunulmuştur.

Örneklemeden Mozaik Saçaklardan Mikro / Nano-Ölçekli Gerinim Dağılım Ölçümü

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

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

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

12.2K Görüntüleme.  National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST).  Mikro / nano ölçekte yüksek hassasiyetli gerinim dağılımı ölçümleri için 2-piksel ve çok piksel örnekleme yöntemleri içeren örnekleme moiré tekniği burada sunulmuştur. 

Video: Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moiré Fringes

Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

1-2 Düzlem Flow-Küçük Açı Nötron Saçılma kullanma Malzeme Mikroyapı altında Akış Ölçme

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Mühendislik

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing its free spectral range (FSR), the module is put in parallel with a fiber taper-microcavity system and then calibrated through isolating and eliminating random shifts in the laser frequency (i.e. laser jitter noise). To realize the taper-microcavity junction and to maximize the optical power that is transferred to the resonator, a single-mode optical fiber waveguide is pulled. Solutions containing polystyrene nanobeads are then prepared and flown to the microcavity in order to demonstrate the system&#8217;s ability to sense binding to the surface of the microcavity. Data is post-processed via adaptive curve fitting, which allows for high-resolution measurements of the quality factor as well as the plotting of time-dependent parameters, such as resonant wavelength and split frequency shifts. By carefully inspecting steps in the time-domain response and shifting in the frequency-domain response, this instrument can quantify discrete binding events.

A reference interferometer technique, which is designed to remove undesirable laser jitter noise for nanodetection, is utilized for probing an ultra-high quality factor microcavity. Instructions for assembly, setup, and data acquisition are provided, alongside the measurement process for specifying the cavity quality factor.

Nanodetection için bir referans Interferometer Uygulanması

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

Stress Distribution During Cold Compression of Rocks and Mineral Aggregates Using Synchrotron-based X-Ray Diffraction

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) coupled with synchrotron X-radiation. A cube-shaped sample assembly is prepared and compressed, at room temperature, by a set of four X-ray transparent sintered diamond anvils and two tungsten carbide anvils, in the lateral and the vertical planes, respectively. All six anvils are housed within a 250-ton hydraulic press and driven inward simultaneously by two wedged guide blocks. A horizontal energy dispersive X-ray beam is projected through and diffracted by the sample assembly. The beam is commonly in the mode of either white or monochromatic X-ray. In the case of white X-ray, the diffracted X-rays are detected by a solid-state detector array that collects the resulting energy dispersive diffraction pattern. In the case of monochromatic X-ray, the diffracted pattern is recorded using a two-dimensional (2-D) detector, such as an imaging plate or a charge-coupled device (CCD) detector. The 2-D diffraction patterns are analyzed to derive lattice spacings. The elastic strains of the sample are derived from the atomic lattice spacing within grains. The stress is then calculated using the predetermined elastic modulus and the elastic strain. Furthermore, the stress distribution in two-dimensions allow for understanding how stress is distributed in different orientations. In addition, a scintillator in the X-ray path yields a visible light image of the sample environment, which allows for the precise measurement of sample length changes during the experiment, yielding a direct measurement of volume strain on the sample. This type of experiment can quantify the stress distribution within geomaterials, which can ultimately shed light on the mechanism responsible for compaction. Such knowledge has the potential to significantly improve our understanding of key processes in rock mechanics, geotechnical engineering, mineral physics, and material science applications where compactive processes are important.

We report detailed procedures for compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus coupled with synchrotron X-radiation. Such experiments allow quantification of the stress distribution within samples, that ultimately sheds light on compaction processes in geomaterials.

Kayalar ve Mineral toplamları x-ışını kırınım sinkrotron tabanlı kullanarak soğuk sıkıştırma sırasında stres dağıtım

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) ...

Çevre

Observing and Quantifying Fibroblast-mediated Fibrin Gel Compaction

Cells embedded in collagen and fibrin gels attach and exert traction forces on the fibers of the gel. These forces can lead to local and global reorganization and realignment of the gel microstructure. This process proceeds in a complex manner that is dependent in part on the interplay between the location of the cells, the geometry of the gel, and the mechanical constraints on the gel. To better understand how these variables produce global fiber alignment patterns, we use time-lapse differential interference contrast (DIC) microscopy coupled with an environmentally controlled bioreactor to observe the compaction process between geometrically spaced explants (clusters of fibroblasts). The images are then analyzed with a custom image processing algorithm to obtain maps of the strain. The information obtained from this technique can be used to probe the mechanobiology of various cell-matrix interactions, which has important implications for understanding processes in wound healing, disease development, and tissue engineering applications.

Time-lapse microscopy and image processing techniques were used to observe and analyze fibroblast-mediated gel compaction and fibrin fiber realignment in an environmentally controlled bioreactor over a 48 hr&#160;period.

Fibroblast aracılı Fibrin Jel Sıkıştırmayı Gözlemleme ve Ölçme

Cells embedded in collagen and fibrin gels attach and exert traction forces on the fibers of the gel. These forces can lead to local and global ...

Biyomühendislik

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.

Sinkrotron x-ışını Microdiffraction ve Mineral ve kaya örneklerini floresans görüntüleme

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the growth of microstructurally small fatigue cracks. The proposed strain field analysis methodology is based on the use of a unique pattering technique with a characteristic speckle size of approximately 10 &#181;m. The developed methodology is applied to study the small fatigue crack behavior in body centered cubic (bcc) Fe-Cr ferritic stainless steel with a relatively large grain size allowing a high spatial measurement accuracy at the sub-grain level. This methodology allows the measurement of small fatigue crack growth retardation events and associated intermittent shear strain localization zones ahead of the crack tip. In addition, this can be correlated with the grain orientation and size. Thus, the developed methodology can provide a deeper fundamental understanding of the small fatigue crack growth behavior, required for the development of robust theoretical models for the small fatigue crack&#160;propagation in polycrystalline materials.

Microstructurally small fatigue crack growth behavior is investigated using a novel methodological approach combining crack growth rate measurement and strain-field analysis to reveal the cumulative deformation field at sub-grain level.

Microstructurally küçük yorgunluk ölçülerini tam alanlı zorlanma dijital görüntü korelasyon yöntemi kullanarak yayma çatlamak

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the ...

Spectral and Angle-Resolved Magneto-Optical Characterization of Photonic Nanostructures

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by local enhancement of electric field intensity that strengthens light-matter interactions, enabling applications such as surface-enhanced Raman scattering (SERS) and surface plasmon enhanced sensing. In the presence of magneto-optically active materials, the local field enhancement gives rise to anomalous magneto-optical activity. Typically, the confined modes of a given photonic crystal depend strongly on the wavelength and incidence angle of the incident electromagnetic radiation. Thus, spectral and angular-resolved measurements are needed to fully identify them as well as to establish their relationship with the magneto-optical activity of the crystal. In this article, we describe how to use a Fourier-plane (back focal plane) microscope to characterize magneto-optically active samples. As a model system, here we use a plasmonic grating built out of magneto-optically active Au/Co/Au multilayer. In the experiments, we apply a magnetic field on the grating in situ and measure its reciprocal space response, obtaining the magneto-optical response of the grating over a range of wavelengths and incident angles. This information enables us to build a complete map of the plasmonic band structure of the grating and the angle and wavelength dependent magneto-optical activity. These two images allow us to pinpoint the effect that the plasmon resonances have on the magneto-optical response of the grating. The relatively small magnitude of magneto-optical effects requires a careful treatment of the acquired optical signals. To this end, an image processing protocol for obtaining magneto-optical response from the acquired raw data is laid out.

Photonic band structure enables understanding how confined electromagnetic modes propagate within a photonic crystal. In photonic crystals that incorporate magnetic elements, such confined and resonant optical modes are accompanied by enhanced and modified magneto-optical activity. We describe a measurement procedure to extract the magneto-optical band structure by Fourier space microscopy.

Fotonik Nanoyapıların Spektral ve Açı Çözümlü Manyeto-Optik Karakterizasyonu

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by ...

Production of a Strain-Measuring Device with an Improved 3D Printer

A traditional strain measurement sensor needs to be electrified and is susceptible to electromagnetic interference. In order to solve the fluctuations in the analog electrical signal in a traditional strain gauge operation, a new strain measurement method is presented here. It uses a photographic technique to display the strain change by amplifying the change of the pointer displacement of the mechanism. A visual polydimethylsiloxane (PDMS) lens with a focal length of 7.16 mm was added to a smartphone camera to generate a lens group acting as a microscope to capture images. It had an equivalent focal length of 5.74 mm. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and nylon amplifiers were used to test the influence of different materials on the sensor performance. The production of the amplifiers and PDMS lens is based on improved 3D printing technology. The data obtained were compared with the results from finite element analysis (FEA) to verify their validity. The sensitivity of the ABS amplifier was 36.03 &plusmn; 1.34 &#181;&epsilon;/&#181;m, and the sensitivity of the nylon amplifier was 36.55 &plusmn; 0.53 &#181;&epsilon;/&#181;m.

This work presents a strain measurement sensor consisting of an amplification mechanism and a polydimethylsiloxane microscope manufactured using an improved 3D printer.

Geliştirilmiş 3D Yazıcılı Gerinim Ölçüm Cihazı Üretimi

A traditional strain measurement sensor needs to be electrified and is susceptible to electromagnetic interference. In order to solve the fluctuations in ...

Microtensiometer for Confocal Microscopy Visualization of Dynamic Interfaces

Adsorption of surface-active molecules to fluid-fluid interfaces is ubiquitous in nature. Characterizing these interfaces requires measuring surfactant adsorption rates, evaluating equilibrium surface tensions as a function of bulk surfactant concentration, and relating how surface tension changes with changes in the interfacial area following equilibration. Simultaneous visualization of the interface using fluorescence imaging with a high-speed confocal microscope allows the direct evaluation of structure-function relationships. In the capillary pressure microtensiometer (CPM), a hemispherical air bubble is pinned at the end of the capillary in a 1 mL volume liquid reservoir. The capillary pressure across the bubble interface is controlled via a commercial microfluidic flow controller that allows for model-based pressure, bubble curvature, or bubble area control based on the Laplace equation. Compared to previous techniques such as the Langmuir trough and pendant drop, the measurement and control precision and response time are greatly enhanced; capillary pressure variations can be applied and controlled in milliseconds. The dynamic response of the bubble interface is visualized via a second optical lens as the bubble expands and contracts. The bubble contour is fit to a circular profile to determine the bubble curvature radius, R, as well as any deviations from circularity that would invalidate the results. The Laplace equation is used to determine the dynamic surface tension of the interface. Following equilibration, small pressure oscillations can be imposed by the computer-controlled microfluidic pump to oscillate the bubble radius (frequencies of 0.001-100 cycles/min) to determine the dilatational modulus The overall dimensions of the system are sufficiently small that the microtensiometer fits under the lens of a high-speed confocal microscope allowing fluorescently tagged chemical species to be quantitatively tracked with submicron lateral resolution.

This manuscript describes the design and operation of a microtensiometer/confocal microscope to do simultaneous measurements of interfacial tension and surface dilatational rheology while visualizing the interfacial morphology. This provides the real-time construction of structure-property relationships of interfaces important in technology and physiology.

Dinamik Arayüzlerin Konfokal Mikroskopi Görselleştirmesi için Mikrotensiyometre

Adsorption of surface-active molecules to fluid-fluid interfaces is ubiquitous in nature. Characterizing these interfaces requires measuring surfactant ...

Controlled Strain of 3D Hydrogels under Live Microscopy Imaging

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized in vitro stretching methods. Various available systems use 2D substrate-based stretchers, while the accessibility of 3D techniques to strain soft hydrogels, is more restricted. Here, we describe a method that allows external stretching of soft hydrogels from their circumference, using an elastic silicone strip as the sample carrier. The stretching system utilized in this protocol is constructed from 3D-printed parts and low-cost electronics, making it simple and easy to replicate in other labs. The experimental process begins with polymerizing thick (&#62;100 &#956;m) soft fibrin hydrogels (Elastic Modulus of ~100 Pa) in a cut-out at the center of a silicone strip. Silicone-gel constructs are then attached to the printed-stretching device and placed on the confocal microscope stage. Under live microscopy the stretching device is activated, and the gels are imaged at various stretch magnitudes. Image processing is then used to quantify the resulting gel deformations, demonstrating relatively homogenous strains and fiber alignment throughout the gel&#8217;s 3D thickness (Z-axis). Advantages of this method include the ability to strain extremely soft hydrogels in 3D while executing in situ microscopy, and the freedom to manipulate the geometry and size of the sample according to the user&#8217;s needs. Additionally, with proper adaptation, this method can be used to stretch other types of hydrogels (e.g., collagen, polyacrylamide or polyethylene glycol) and can allow for analysis of cells and tissue response to external forces under more biomimetic 3D conditions.

The presented method involves uniaxial stretching of 3D soft hydrogels embedded in silicone rubber while allowing live confocal microscopy. Characterization of the external and internal hydrogel strains as well as fiber alignment are demonstrated. The device and protocol developed can assess the response of cells to various strain regimes.

Canlı Mikroskopi Görüntüleme Altında 3D Hidrojellerin Kontrollü Suşu

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized ...