压痕硬量仪

力学性能表征对生物医学和生物材料的研发有重要的作用。对于许多生物材料，有时不得不在非常局部或相对较小的区域内研究其力学性能。此外，临床前研究通常在小动物模型（如大鼠或小鼠）上进行。因此，测试方法必须适用于局部区域测试，以便在如此小的样本上也可以进行检测。最近几年引入生物医学的纳米压痕技术尤其适用于这类表征。本应用报告展示了纳米压痕在骨骼、牙齿和隐形眼镜性能测试中的一些应用在过去的几十年里，生物材料的力学性能表征已成为其重要的发展需求。研究人员和工程师有兴趣了解生物材料（软组织和硬组织、骨骼、肌腱、软骨、牙齿等）和人工（人造）生物材料（植入物、可溶解缝合线、永久或临时性的支架等）的力学性能。了解组织和器官等生物材料的力学性能对于开发人体内的新材料和组织以及评估不同医疗方法的效果是必要的。在以上许多应用中，需要去研究相对较小的局部区域内的表面力学性能，此外，临床前研究通常在小动物模型（如大鼠或小鼠）上进行。测试方法必须适用于局部区域测试，以便在如此小的样本上也可以轻松进行检测。纳米压痕技术在生物医学领域已经应用了大约二十年。若干研究人员使用这种方法研究骨关节炎或不同营养方案对骨骼力学性能的影响。纳米压痕技术非常有用，主要是因为与表征骨骼整体结构性能的宏观拉伸或压缩测试相比，它提供了骨骼中不同组织的微观力学性能。压痕表征材料的局部特性在研究药物治疗或病变的效果时极其重要，因为这些处理方式通常会导致生物材料局部刚度的变化。只有对健康骨骼结构的特性有很好的了解，才能在相应的药物治疗中取得好的效果。因此，除了对治疗过的骨骼进行测试外，还必须对健康骨骼进行类似的测试。此外，测试参数应该满足对应压痕测试的材料体积总是相同的（或至少非常相似）且代表可以观察到处理结果的相关的结构单元。牙釉质是另一种通过纳米压痕测试进行研究的材料。纳米压痕技术确实是对这种小样品进行力学性能测试的最适合的方法之一。尽管硬质生物材料或生物体材料的纳米压痕测试代表了很大一部分的局部力学测试，但在越来越多的应用中，需要测量更软的（生物）材料。这些软材料可以具有远低于 100MPa 的弹性模量，并且经常必须保持在流体中。此外，它们的表面可能不平整，无法通过标准方法（如切割或抛光）进行制备。这种软材料的一个典型例子是关节软骨。最近针对各种类型的支架对软骨再生的影响，开展了广泛的研究。柔性隐形眼镜因其使用简单、成本低廉而被许多人在日常生活中使用。不同隐形眼镜的刚度（以弹性模量表示）和最终蠕变可能会因所用材料的类型不同而显著变化。材料的选择受到光学性能、佩戴舒适性或镜片使用时间的影响。隐形眼镜的刚度可以使用生物压痕仪进行局部测量，该生物压痕仪能兼容在液体中进行测试。仪器压痕是一种表征生物医学和生物体材料局部力学性能的新技术。安东帕仪器化压痕测试的优势是可以测试硬质和软质生物材料和生物体材料的硬度和弹性模量。纳米压痕测试仪适用于许多类型材料的局部力学分析，比如干燥的或浸泡在液体中的，硬的或软的材料都可以被测试。

一基本介绍高温纳米压痕仪的主要用途是获得薄膜和材料在一定温度下的微观力学性能，其力学性能随温度变化的特性具有巨大的工业和科学意义。但高温测量中存在热漂移，信号稳定性（噪声），表面氧化和尖端样品反应的困难，安东帕研发了一种新型的高温真空纳米压痕仪，该压痕仪能够完成在特定温度下的超稳定的测量，是一款商业化的高温纳米压痕仪。二工作原理该系统基于超纳米压痕测试仪（UNHT），该测试仪利用一种主动表面参照技术，该技术包括两个独立的轴，一个用于表面参照，另一个用于压痕。在这种对称结构和差分深度测量技术中使用的极硬且热膨胀系数非常低的材料导致系统的柔量可忽略不计，并且热漂移率非常低。这样就可以进行稳定且长期的测量（例如蠕变测试），而不必担心漂移和噪声。每个轴都有自己的执行器，位移和负载传感器。对于两个轴，通过压电执行器A1和A2施加位移。压头和基准上的负载是从弹簧K1和K2的位移获得的，这些位移是用电容式传感器C1和C2测量的。压头的位移是通过差分电容传感器C3相对于基准进行测量的。精确的反馈回路确保连续控制压头和基准上的法向力。三针尖与样品表面温度的匹配-热漂移最小化实验过程中热电偶读取的温度不是压头和参比端以及样品表面的真实温度。因此，压头和样品的表面温度需要精确匹配，以避免热量流过触点，从而避免热漂移。我们开发了以下3个步骤的程序来匹配此压头的尖端样品表面温度：a.将压头尖端放在距离样品表面约100微米以内的位置，并使用PID控制将样品和尖端加热到目标温度。现在，安装在压痕头上的热电偶将直接与样品表面接触。将样品表面温度调节至目标温度。温度稳定后，请切换至恒定功率模式以防止瞬时温度波动b.温度粗调：通过调整针尖加热过程中热电偶的温度，以最大程度地减大载荷压入样品表面时引起针尖的温度变化c.温度微调：进一步微调针尖加热过程中的功率，以达到零热漂移率(a) 长时间蠕变测试时的压痕温度(b) 通过粗调压头温度，以最大程度减少接触产生时的温度变化(c) 直接在热漂移测量过程中微调压头的加热功率安东帕中国总部销售热线：+86 4008202259售后热线：+86 4008203230官网：www.anton-paar.cn在线商城：shop.anton-paar.cn

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