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1. Conjunto Instrumental en marcha y calibración <ol><li> Instrumental puesta a punto <ol><li> Use un voladizo rígido con recubrimiento de diamante del tipo DT-NCLR o CDT-NCLR con una primera frecuencia de resonancia f libre 0,1 ≥ 180 kHz, un factor de calidad Q ≥ 300, y una rigidez a la flexión k ≥ 40 N / m. </li><li> Montar el voladizo seleccionado en un soporte de sujeción proporcionado por el fabricante AFM. Tenga especial cuidado para colocar el voladizo de tal manera que su eje longitudinal es perpendicular a la dirección de exploración rápida de la AFM. Alternativamente, pegar el voladizo en un soporte en voladizo proporcionado por el fabricante AFM con pegamento epoxi de dos componentes. </li><li> Montar el soporte en voladizo sobre la cabeza AFM y utilizar el microscopio óptico normalmente disponible con el sistema de AFM para centrarse en el voladizo del AFM. a comprobar que el eje largo del voladizo es perpendicular a la dirección de exploración rápida. Si no, volver aSección 1.1.2. </li><li> Alinear el haz láser de modo que se refleja en el extremo del voladizo. Monitorear la suma de tensión en el fotodiodo y llevar a cabo un ajuste fino para maximizar la señal suma. valores de señal de suma típicas están en el intervalo de 2 V. </li><li> Ajustar ángulos de inclinación horizontal y vertical del espejo con el fin de llevar el punto de láser se refleja en el centro de la fotodiodo, donde las tensiones correspondientes al desplazamiento vertical y lateral son casi cero. </li></ol></li><li> Calibración <ol><li> Realizar un barrido de frecuencias para determinar la primera resonancia plegado libre f 0,1 del voladizo. </li><li> Determinar la rigidez a la flexión del voladizo k, calculado de acuerdo con 19 (1) <img alt="Ecuación 1" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq1.jpg" /> donde E es el módulo de Young, L es la longitud del voladizo, w es la anchura de la cantilnunca, y t es su espesor. Con este fin, medir la longitud y la anchura del voladizo por microscopía óptica o microscopía electrónica de barrido para una mayor precisión. Calcular el espesor del voladizo desde su primera frecuencia de resonancia de flexión libre f 0,1, de acuerdo con (2) <img alt="Ecuación 2" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq2.jpg" /> donde ρ es la densidad de masa. </li><li> Seleccione el valor predeterminado de la sensibilidad fotodiodo para el tipo voladizo particular a ser utilizado para el experimento en el menú de configuración de la AFM. Llevar la punta en voladizo en contacto con la muestra de referencia en una carga F n = 10 nN haciendo clic en el botón de enfoque. </li><li> Abrir el menú de la espectroscopia de fuerza en el software de AFM y establecer la retracción relativa y extensión de la z-scanner a 50 nm y la z-scanner retracción / extensión a 0,3 m / seg. Si lo hace, el registro de la curva de fuerza-distancia seconsistir primero de una retracción de la z-scanner a 50 nm de distancia de la superficie de la muestra y después de una serie de enfoques y retracciones de la misma distancia. </li><li> Registrar una curva de distancia de la fuerza con los parámetros establecidos en 1.2.4 sugeridas sobre una superficie lisa y no conforme, como diamantes nano-cristalino o zafiro, con el fin de evitar los efectos de deformación de la muestra. Para ello haga clic en el botón adquirir en el menú de espectroscopia de fuerza del software AFM. </li><li> Montar la parte repulsiva de la curva de fuerza-distancia con una función lineal, en el menú de calibración del software AFM. La pendiente inversa de la línea de montaje corresponde a la sensibilidad S fotodiodo. Sustituir el valor determinado con el valor por defecto del software del instrumento en el menú de calibración del software AFM haciendo clic en el botón de ejecución de calibración. </li></ol></li></ol> Preparación 2. Muestra NOTA: La muestra se mide en this experimento consiste en un 100-nm de espesor de película delgada, lisa atómicamente Au (111) crecido sobre mica por deposición física de vapor. <ol><li> Montar la muestra en un soporte de muestras magnético proporcionado por el fabricante del instrumento por medio de cinta de doble cara de carbono. Con el fin de evitar la deriva de la muestra durante las mediciones, montar la muestra de un día antes de las mediciones, a fin de permitir que la cinta de carbono relajarse. Alternativamente, montar la muestra en el soporte con la pintura de plata, que generalmente se seca en pocos minutos. </li><li> Montar el soporte de la muestra magnética en el x / y escáner. </li></ol> 3. Procedimiento de medición <ol><li> Establecer la frecuencia de oscilación ligeramente fuera de resonancia (en este experimento f = 190.67 kHz) y la amplitud de oscilación en A = 20 nm Tenga en cuenta que estos valores se establecen de forma automática por el software del instrumento para este voladizo en particular. Ajuste el punto de ajuste de oscilación de forma manual en un punto de referencia = 5 nm. </li><li> Dibujarel voladizo hacia la superficie de la muestra utilizando el motor paso a paso de la AFM. Asegúrese de que el sensor de fuerza no choquen con la superficie de la muestra. Mantenga el foco en voladizo durante la aproximación gruesa y detener el enfoque gruesa antes de la superficie de la muestra con un enfoque perfecto. </li><li> Abordar de forma automática el sensor de fuerza haciendo clic en el botón de enfoque. Una vez que la amplitud de oscilación ha llegado a su punto de ajuste, la punta está listo para escanear la topografía de la superficie de la muestra. </li><li> Grabar una serie de imágenes de la topografía en áreas que van desde 5 x 5 a 1 x 1 μm² (si está disponible, ajustar la pendiente de la señal de la topografía por la inclinación del X / Y-escáner). Asegúrese de que las imágenes sucesivas de la misma zona, que no presentan ningún signo de la deriva y que la posición z-escáner permanece casi constante. Si este no es el caso, continúe formación de imágenes hasta que el sistema se haya estabilizado. </li><li> Una vez que el sistema se haya estabilizado y un suave 1 x 1 μm² zona se ha encontrado, retraer el force sensor de unos pocos micrómetros de la superficie de la muestra haciendo clic en el botón de retracción. </li><li> Seleccione el modo de la espectroscopia de fuerza en el menú del instrumento y mover el sensor de fuerza para el medio de la zona preseleccionada μm² 1 x 1, con una fuerza de punto de referencia de 10 nm. Controlar la posición de la z-escáner hasta que se mantiene constante. </li><li> Seleccione la cuadrícula 2 x 2 de puntos cuyo centro corresponde al centro de la zona preseleccionada μm² 1 x 1. Establecer la distancia entre dos puntos vecinos próximos a 500 nm. </li><li> Ajustar la distancia del escáner con respecto a variar de 0 a 150 nm a una velocidad de 300 nm / s, y a continuación retraer en la misma distancia y a la misma velocidad. Teniendo en cuenta el ángulo de inclinación del voladizo con respecto a la superficie de la muestra, aplicar una corrección de la inclinación moviendo el escáner lateral por Z × tan φ durante una extensión de escáner vertical Z, donde φ es el ángulo de inclinación 20. NOTA: Algunos instruments representan la inclinación en voladizo en su espectroscopia de fuerza o modo de sangrado; este es el caso para el AFM utilizada en este trabajo. </li><li> Presione el botón de inicio en el software del instrumento para iniciar la adquisición de los datos de AFM de sangría. </li><li> Una vez que se han completado las mediciones de AFM de sangría, retraer el sensor de fuerza unos pocos micrómetros de distancia de la superficie de la muestra. </li><li> Seleccione la imagen sin contacto modo de AFM en el menú de software del instrumento y repita el procedimiento descrito en las secciones 3.1 y 3.2. </li><li> Realizar un análisis sobre el mismo 1 x 1 μm² superficie como en la sección 3.3 con el fin de localizar la posición exacta de los guiones. Más escanea la superficie más de un área de superficie nm² 500 x 500 se pueden realizar para la imagen de los guiones restantes con mayor detalle. </li></ol> Análisis 4. Datos <ol><li> Procesamiento de imágenes <ol><li> Procesar las imágenes grabadas topografía fin de alinear las líneas en el directorio de exploración rápidaexión basada en la diferencia media. Utilice la función incorporada de Gwyddion. </li></ol></li><li> Calcular el área proyectada A p de guiones utilizando la función de análisis sangría de Gwyddion. </li><li> Estimar la forma de la punta del AFM de las imágenes de la topografía de guiones mediante el uso de la función de análisis punta de Gwyddion. A continuación, un promedio de las imágenes de forma de punta y medir el ángulo de apertura de la mitad α de la forma de la punta promediado. </li><li> Convertir las curvas de fuerza-distancia en las curvas de fuerza-desplazamiento mediante el cálculo del desplazamiento de la punta δ acuerdo con 13 (3) <img alt="Ecuación 3" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq3.jpg" /> donde Z es la posición del escáner relativa. </li><li> Ahora, trazar la fuerza en función del desplazamiento de la punta. La curva resultante muestra generalmente llamados pop-ins, con longitudes del orden de varios 100 horas, que corresponden a eventos de plasticidad atomizados. Utilizar el primero de los these pop-ins para determinar el desplazamiento de la punta en el límite elástico δ el 4. </li><li> Montar la parte elástica de la curva de fuerza-desplazamiento con la función de Hertz 21. (4) <img alt="Ecuación 4" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq4.jpg" /> donde R es el radio de la punta y E &#39;* es la reducción del módulo de elasticidad, dada por <img alt="Ecuación 5" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq5.jpg" /> , Con M s, siendo t el módulo de muesca de la muestra y de la punta, respectivamente. En este caso, el parámetro de ajuste es <img alt="Ecuación 6" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq6.jpg" /> . </li><li> Extender la función de ajuste en el régimen de la plasticidad así como para calcular el trabajo de la plasticidad W plasticidad de la diferencia de área entre la función de ajuste y la curva experimental 21. </li><li> Calcular la dureza de la muestra de acuerdo con 1, 2 (5) <img alt="Ecuación 7" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq7.jpg" /> y (6) <img alt="Ecuación 8" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq8.jpg" /> donde F n, max es la carga máxima aplicada, Ap es el área proyectada del guión calculado en la Sección 4.2, α es el ángulo de apertura de la mitad de la punta calculada en la Sección 4.3, δ EL es el desplazamiento de la punta en la primera plasticidad evento, y δ es el máximo desplazamiento de la punta máxima (ver sección 4.4). </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Un método ha sido presentado para la realización de una serie de muescas en Au (111) de superficie de película delgada con una punta de AFM con recubrimiento de diamante. Sin contacto AFM de imágenes y la sangría AFM se realizaron con el mismo sensor de fuerza. Los requisitos para la formación de imágenes sin contacto son una gran primera frecuencia de resonancia f libre de 0,1 ≥ 180 kHz y un alto factor de calidad Q ≥ 300. En AFM sangría, la fuerza vertical que se aplica es del orden de varios micro-newtons, y se requiere un voladizo con una rigidez a la flexión. Un requisito adicional de la punta en voladizo es que es mecánicamente estable y resistente al desgaste. Estos requisitos se cumplen mediante voladizos revestidos de diamante. En este experimento, se seleccionó un voladizo del tipo CDT-NCLR. Los resultados presentados aquí se encuentran para ser bien reproducible. En particular, las formas de los guiones de las imágenes de AFM de no contacto son invariantes a la representante de mediciónetición, y las correspondientes curvas de fuerza-desplazamiento muestran una muy buena superposición. Sin embargo, para garantizar una buena reproducibilidad, es crítico para minimizar los de deriva y de fluencia escáner efectos térmicos instrumentales. Esto se puede lograr dejando que el instrumento se estabilice durante la exploración de imágenes antes de la indentación y mediante el control posteriormente la posición del escáner hasta que no cambia significativamente. Los efectos de deriva y de fluencia más pueden reducirse al mínimo mediante la realización de la indentación desplazamiento controlado a una alta velocidad de desplazamiento. En el experimento presentado, la velocidad de desplazamiento se fijó a 300 nm / seg. Además, algunos instrumentos permiten una reducción en el intervalo de la z-escáner mediante la reducción de la tensión máxima aplicable. Si está disponible, esta opción debe seleccionarse, ya que el tiempo para el escáner para estabilizar reduce con su rango de desplazamiento. Como se ha demostrado anteriormente, la técnica presentada es adecuado para evaluar las propiedades mecánicas de me suavehos- y otros materiales blandos, tales como polímeros. La ventaja de esta técnica sobre las técnicas de indentación convencionales, tales como nanoindentación, proviene de la mayor profundidad- y la fuerza de resolución de los instrumentos de AFM y de la reducción del tamaño del penetrador que en conjunto permiten la observación de acontecimientos de plasticidad atomísticos individuales y para la determinación de dureza a la verdadera escala nanométrica. Por otro lado, para las muestras con un alto nivel de dureza, la geometría puede cambiar en la medición, por lo que una comparación directa entre diferentes mediciones difícil. En el caso de los metales, una punta de AFM con recubrimiento de diamante ha demostrado proporcionar resultados reproducibles en diferentes muestras sobre varias series de muescas 11. Una curva típica de fuerza-desplazamiento fue equipado con una función de Hertz dentro de su régimen elástico y ampliarse para calcular el trabajo de la plasticidad. La extracción del módulo de muesca de Au (111), sin embargo, sigue siendo incierto, ya que ni el radius en el ápice de punta ni el módulo de muesca de la punta diamantada son lo suficientemente precisas para caracterizar. Sin embargo, una elucidación de esta limitación es más allá del alcance de este trabajo. Debido a los efectos de convolución de punta, la zona guión tiende a ser subestimado durante AFM de imágenes, por lo que la técnica presentada proporciona valores ligeramente sobreestimada para la dureza 11. Esta técnica se puede aplicar a la medición de la película delgada, donde la profundidad de indentación debe mantenerse diez veces más pequeño que el espesor de la película con el fin de evitar los efectos de sustrato. Para concluir, un procedimiento experimental para medir de forma reproducible dureza a la verdadera escala nanométrica y observar eventos de plasticidad atomísticos solo se ha presentado.

For the last 150 years, hardness values have been used to characterize the mechanical behavior of materials and to predict their performance under various loading conditions. The hardness of a material describes the resistance of its surface to the penetration of a harder indenter. For metallic materials, the hardness relates to resistance to plastic flow.
Although the implementation of hardness testing has proven to be relatively easy, the yielded results have long been rather empirical, making them unable to describe the intrinsic properties of the investigated material. The empirical nature of hardness testing results has been a consequence of the use of various indenter geometries, each of which has a different established hardness scale. However, all empirical hardness scales, such as the Brinell hardness (HB) test for spherical indenters and the Vickers (HV) and Knoop (HK) hardness tests for different types of four-sided pyramids, have one thing in common: the hardness number is determined from the ratio of the applied load to the developed area of the remaining indent. In an attempt to relate the hardness of metals to their fundamental mechanical properties, the hardness measured with a spherical indenter has been defined as the ratio of the applied load to the projected area of the remaining indent. This hardness value, also known as the Meyer's hardness (H), is equal to the mean contact pressure and directly relates to the yield strength of non-work-hardening metals1. 
Hardness testing has long been limited to the macro-scale, in which case the sizes of indents have been measured by optical means. The development of instrumented indentation, where force-displacement curves are recorded, has been recognized as a valuable alternative for determining the hardness of a material, although the size of the remaining indent may be too small to be accurately imaged. In this case, the projected area of the indent is calculated from the tip displacement according to a so-called indenter-area function2. Due to this development, the analysis of the curvature of force-displacement curves and of the occurrence of distinct plasticity events in the shape of pop-ins is now widely used to study the mechanisms of plastic deformation at the micrometer scale, such as by means of nanoindentation3.
It is well accepted that the carriers of plastic deformation in metals, i.e., dislocations, operate at the nanometer scale. To understand their modes of operation at the atomic level, new experimental techniques with atomic resolution are needed. Initial investigations of atomistic plasticity events at the interfaces between nanometer-sized single asperities and single crystalline Au surfaces of different orientations have been carried out by interfacial force microscopy (IFM)4, 5. Atomic force microscopy (AFM) indentation has been applied to observe the nucleation and gliding of single dislocations in KBr(100) single crystals6, Cu(100)7, and Au(111)8, 9. There, atomistic plasticity events were observed in the shape of pop-ins, with lengths in the range of 1 &#197;. AFM indentation has also been used to measure the nano-hardness and -elasticity of gold nano-island grown on mica10. In this work, the nano-hardness was found to be smaller than the bulk value and was observed to depend linearly on the indentation area. Also, a detailed measurement protocol has been proposed to determine the hardness of hard surfaces, such as fused quartz and silicon, by AFM indentation with a diamond-tipped sapphire cantilever11. In particular, this method takes into account the non-linearity of the photo-sensitive deflection detectors for large cantilever deflection12. More recently, AFM indentation and non-contact AFM imaging have been combined to quantitatively determine the hardness and the fundamental mechanisms of plastic deformation of a Pt(111) single crystalline surface and Pt-based metallic glass13. For Pt(111), plastic deformation mechanisms at the nanometer scale were found to be consistent with the discrete mechanisms established for larger scales. Further, the nanometer-scale plastic deformation of the metallic glass was found to be not discrete, but rather continuous and highly localized around the indenting tip. These results revealed a lower size limit for metallic glasses, below which shear transformation mechanisms are not activated by indentation. AFM indentation has also been used to determine the hardness values of biological samples (such as collagen fibrils)14, polymers15, and colloidal crystals16.
In the present work, a careful experimental procedure is described that includes the force sensor selection, its calibration, the calibration of the cantilever deflection detection system, and the minimization of instrumental drift for accurate and reproducible force-distance measurements. Also, a method for the data analysis is presented that allows the extraction of force-penetration curves from recorded force-distance curves. Further representative results are shown and discussed in the light of recent findings in the field of plastic deformation of small volumes.
For this experiment, an atomic force microscope (AFM) was used. The cornerstone of an AFM is its micro-fabricated force sensor (usually a cantilever beam), with a sharp tip at the end whose radius is in the range of several nanometers. In the particular configuration of the instrument used for this experiment, the cantilever is mounted onto a piezo-electric z-scanner, while the sample to be investigated is mounted onto a piezo-electric x/y-scanner. During AFM imaging, the force sensor tip is scanned over a sample to register interaction forces with the sample surface that result in a deflection of the cantilever according to Hooke's law. The static or dynamic deflection of the cantilever can be measured with an optical beam deflection detector, consisting of a laser diode, a set of mirrors, and a photodiode that converts the cantilever deflection into a voltage. During imaging, the signal at the photodiode is controlled by a feedback loop so as to keep the interaction forces at the sample surface; this results in adjustments of the z-scanner position, which are recorded and displayed as a topography image.
Prerequisites for the experiment described below are that the piezo-electric scanners of the atomic force microscope are well-calibrated and that the instrument stays in the laboratory at a constant temperature and humidity level. The reader should be aware that, depending on the atomic force microscope model, some of the experimental procedure steps may have to be modified. In particular, all measurements are performed after setting the scanners' ranges to "small"; this function allows for the reduction of the x/y-scanner range to 5 x 5 &#181;m&#178; and the z-scanner range to 4 &#181;m, which ensures a resolution at small scales. This function is not available on all commercial AFM and is not mentioned in the remainder of the text.
For data analysis, the use of the free SPM data analysis software Gwyddion17 and the Matlab software package18 are recommended.
This protocol gives a description of the experimental procedure to be followed in order to perform instrumented hardness measurements by AFM. Since the handling of different commercial AFMs may differ from one model to the other, the reader should refer to the manual provided by the AFM manufacturer for detailed setting procedures and software information. In the following text, in order to reproduce the described experiment, it is assumed that the reader is familiar with the handling of the particular AFM used here.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">AFM XE-100</td>
			<td style="width:71px;">Park Instruments</td>
			<td style="width:119px;">discontinued</td>
			<td style="width:167px;">Atomic force microscope</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">CDT-NCLR</td>
			<td style="width:71px;">NanoSensors</td>
			<td style="width:119px;">CDT-NCLR</td>
			<td>Conductive diamond coated non-contact lever</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">100 nm thick Au(111) thin film on Mica</td>
			<td style="width:71px;">Phasis</td>
			<td align="right">20020011</td>
			<td>atomically smooth gold thin film</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantitative hardness measurement by instrumented afm-indentation

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness measurements on an Au(111) surface with atomistic resolution of single plasticity events. A careful experimental procedure is described that includes the force sensor selection, its calibration, the calibration of the cantilever deflection detection system, and the minimization of instrumental drift for accurate and reproducible force-distance measurements. Also, a method for the data analysis is presented that allows the extraction of force-penetration curves from recorded force-distance curves. A typical curve displays a clear elastic deformation regime up to the first plasticity event, or pop-in, with a length in the range of one to two Burger's vectors. Later plasticity events exhibit the same magnitude. The work of plasticity is further extracted from the measurements. Finally, the hardness is determined in combination with the indentation curve using non-contact atomic force microscopy images of the remaining indents.

En este trabajo, la rigidez a la flexión del voladizo k se calcula de acuerdo con la teoría de la viga 19 geométrica. Para el cantilever con recubrimiento de diamante particular utilizado en este trabajo, encontramos k = 55,69 N / m. Tenga en cuenta que hemos descuidado el revestimiento de diamante; el espesor de la capa de diamante es de uno a dos órdenes de magnitud menor que el espesor en voladizo y por lo tanto no aumenta de manera significativa su resistencia a la flexión (aunque el módulo de su joven es significativamente mayor que la del silicio). Con el fin de evitar los efectos de deformación de la muestra, la sensibilidad del fotodiodo se determinó mediante el registro de la curva de fuerza-distancia con el sensor de fuerza calibrado previamente en una superficie de diamante nano-cristalino suave con un módulo de Young E = 759 GPa 22. La señal de fuerza se registró en unidades de voltios (la unidad de la photodiode la señal) y más de una pequeña gama de fuerzas de repulsión con el fin de evitar la deformación de la punta y daños. A continuación, la parte repulsiva de la curva de fuerza-distancia fue equipado con una función lineal, la pendiente inversa de la que corresponde a la sensibilidad fotodiodo S. En este experimento particular, la sensibilidad del fotodiodo se determinó que era S = 23.903 nm / V. El supuesto de una respuesta lineal del fotodiodo se limita a cuando el desplazamiento base del voladizo es menor que 500 nm. Para desplazamientos más grande Z, la no linealidad del detector fotosensible debe ser considerado, en cuyo caso la respuesta ZV PD es una de tercer orden polinomial 12. Para la calibración, el desplazamiento de base se establece en 50 nm, mientras que en nuestros experimentos, el desplazamiento de base era 150 nm. En estos casos, hemos considerado la respuesta del fotodiodo sea lineal. <img alt="Figura 1"src = &quot;/ files / ftp_upload / 54706 / 54706fig1.jpg&quot; /&gt; Figura 1:. Topografía de la superficie de una superficie de oro de capa delgada imagen sin contacto AFM topografía de una 5 x 5 m 2 y (a la derecha) de un x 1,25 m 2 Au área de la superficie de película delgada se presentan micrómetro de tamaño 1,25 (izquierda) granos, cada uno de los cuales presenta una superficie atómicamente plana de Au (111) que consta de amplias terrazas y escalones monoatómicos. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54706/54706fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> La figura 1 muestra sin contacto AFM imágenes de la topografía de una superficie de película delgada de oro. La superficie de película delgada se encontró que consistía de granos en el rango de micrómetros. Cada grano exhibe una superficie atómicamente plana Au (111) que consiste en grandes terrazas y pasos monoatómicos. Figura 2 muestra los guiones causados durante indentaciónmediciones por una punta de AFM con una fuerza vertical máxima de 7,2 μN aplican en el mismo Au (111) de superficie de película delgada como en la Figura 1. Además, la diferencia topografía entre el área de la imagen antes y después de una serie de cuatro muescas en lugares distintos se muestra en la Figura 2 (c). Vale la pena señalar cuán similares se ven todos los guiones restantes. Esta similitud da fe de la estabilidad de la punta y la reproducibilidad de las mediciones. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54706/54706fig2.jpg" /> Figura 2: guiones de AFM sobre una superficie de oro de capa fina atómicamente lisa (a) Imagen de AFM sin contacto topografía de una x 1 m 2 Au superficie 1 de película delgada seleccionada para medidas de AFM de sangría.. Sin contacto imagen AFM topografía de la misma superficie en (a) Después de cuatro meas AFM sangría consecutivos (b)medi- hasta una fuerza vertical F n = 7,2 μN. Diferencia (c) Topografía entre imágenes en (a) y (b). (D - f) imágenes sin contacto AFM topografía de tres guiones AFM individuales mostradas en (b). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54706/54706fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/54706/54706fig3.jpg" /> Figura 3: Cálculo del área proyectada de un guión AFM sobre una superficie de oro de capa fina atómicamente suave (izquierda) imágenes sin contacto AFM topografía de guiones AFM individuales que se muestran en la Figura 2 (derecha) Imagen topografía Igual que en el izquierdo.. panel después de recortar y con una máscara superpuesta utilizado para calcular el área proyectada utilizando el software de análisis de datos SPM libre Gwyddion. el proyecárea reflejada se encuentra que es una p = 4703,52 nm 2; esto produce un valor de dureza H AFM = 1,53 GPa. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54706/54706fig3large.jpg" target="_blank">Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> La Figura 3 demuestra el procedimiento para determinar el área proyectada de un guión enmascarando el área con valores de topografía negativos respecto a la superficie que no este atado. A partir de esta medición, el área proyectada del guión se encuentra que es una p = 4.703,52 nm². La indentación se realizó con un máximo de carga F n, max = 7,2 μN (véase la Figura 4). De acuerdo con ello, la dureza se puede calcular como <img alt="Ecuación 9" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq9.jpg" /> . La medida Un valor de p es probable que se subestime por efectos Duri punta de convolución<html> ng de formación de imágenes, por una parte, y por los efectos de recuperación elástica al descargarlos 23, por el otro. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54706/54706fig4.jpg" /> Figura 4: Curvas de sangría desde las curvas de fuerza-distancia medidos por AFM (a) Parte de carga típica de una curva de fuerza-distancia medida por AFM sobre una superficie de película delgada atómicamente lisa Au.. (B) la curva de fuerza-desplazamiento calculado según la ecuación (3) (línea azul) y el ajuste de Hertz (línea roja) de la parte elástica hasta el primer evento de la plasticidad observables (pop-in) en F n = 0,908 μN, con el desplazamiento de la punta δ = 3.786 nm (la longitud de la primera pop-in se mide para ser λ pop-in = 543 horas) de acuerdo con la ecuación (4). El parámetro de ajuste correspondiente se determina que eseq10.jpg &quot;/&gt;, donde R es el radio penetrador y E * es la reducción del módulo de elasticidad. Tenga en cuenta que el ajuste de la curva de Hertz se extiende más allá del régimen elástico con el fin de calcular el trabajo de la plasticidad W plasticidad de la diferencia integrada entre el ajuste de la curva de Hertz y el resultado experimental; W plasticidad = 11,44 x 10 -15 J. (c) Serie de cuatro curvas de la fuerza de penetración consecutiva (d) vista ampliada de la curva de fuerza-penetración se muestra en (b) que muestra emergente. ins con longitudes del orden de unos 100 pm (indicado por las flechas). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54706/54706fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> La figura 4 muestra las curvas de sangría calculados a partir de las curvas de fuerza-distancia medidos por AFM. Es importantetenga en cuenta cómo se superponen las curvas, lo que da fe más a la reproducibilidad de las mediciones. En la Figura 4 (b), una curva de desplazamiento de fuerza calculada a partir de una curva de fuerza-distancia (Figura 4 (a)) de acuerdo con la ecuación (3) está equipado con el ajuste de Hertz (Ecuación (4)) sobre su parte elástica. Se determinó el límite elástico del primer evento plasticidad observables (pop-in) en F n, el = 0,908 μN y al desplazamiento de la punta δ el = 3.786 nm (la longitud de la primera pop-in se mide para ser λ emergente en = 543 pm). El parámetro de ajuste correspondiente se determina que es <img alt="Ecuación 10" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq10.jpg" /> , Donde R es el radio penetrador y E * es la reducción del módulo de elasticidad. Si bien puede ser tentador para extraer el módulo de muesca de oro M Au (111) desde el parámetro de ajuste, el radio en el ápice de la punta y lamódulo de muesca de la punta diamantada siguen siendo inciertas. En principio, las propiedades indenter pueden ser calibrados por sangría en una muestra de calibración. La determinación del módulo de muesca de Au (111) está más allá del alcance de este trabajo. Suponiendo un módulo de elasticidad para el Au (111) E Au = 80 GPa, una relación de Poisson ν Au = 0,45, y una punta de diamante E-nc = 759 GPa y ν nc-diamante = 0,003, se calcula a partir <img alt="Ecuación 10" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq10.jpg" /> un radio de punta R ≈ 1 nm. El valor obtenido es demasiado bajo como para ser creíble, como ya se ha señalado en la Ref. 8. Se ha sugerido que el módulo de elasticidad de los metales disminuye en cerca de la región de la superficie 10. Utilizando el valor sugerido en la Ref. 8 (E = 30 GPa), obtenemos R = 5,5 nm. Además, la función de ajuste de Hertz utilizada en la figura 4 (b) asume una geometría de la punta esférica. Sin embargo,este supuesto sólo se aplica a la cúspide de la punta de indentación, es decir, para el desplazamiento de la punta dentro del régimen de deformación elástica. Como se verá más adelante, para los desplazamientos más grandes, la punta ya no puede ser considerada como esférica, sino más bien se asemeja a una punta Berkovich. Tenga en cuenta además que el ajuste de la curva de Hertz se extiende más allá del régimen elástico con el fin de calcular el trabajo de la plasticidad W plasticidad de la diferencia integrada entre la curva de ajuste de Hertz y el resultado experimental 21; W plasticidad = 11,44 x 10 -15 J. Una vista ampliada de la curva de fuerza-penetración se muestra en la Figura 4 (b) demuestra aún más la extraordinaria resolución del método para detectar eventos de plasticidad atomísticos individuales con el pop-en longitudes del mismo orden de magnitud como vector de oro de la hamburguesa. Por otra parte, la forma de la punta del AFM se estima a partir de la no-con<html> tacto imágenes de AFM, que se muestran en la Figura 2 (d - f), utilizando el SPM software libre de análisis de datos Gwyddion (véase la Figura 5 (a - c)). Posteriormente, se calculó un promedio de forma de la punta, de la que se determinó el ángulo de apertura de un medio del penetrador a ser α = 67,21 ° (véase la Figura 5 (d)). Junto con los valores de desplazamiento de la punta se muestran en la Figura 4, un valor de dureza <img alt="Ecuación 11" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq11.jpg" /> Se determinó, donde δ max = 18 nm es el máximo desplazamiento de punta. Ambos cálculos de dureza proporcionan prácticamente el mismo valor: H Au (111) = 1,5 GPa. Este resultado está en buen acuerdo con los valores reportados para-películas finas de oro como se mide por nanoindentación, H NI / Au = 1 -. 2,5 GPa 24, 25 La presión media en el primer evento plasticidad durante AFM muesca en Au (111) ha sido resultó ser<html> 12 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 54706 / 54706eq12.jpg &quot;/&gt; 4 GPa. A partir de nuestros valores experimentales y junto con el radio de la punta estimado, nos encontramos <img alt="Ecuación 13" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq13.jpg" /> 13,7 GPa. Este valor corresponde a una tensión de cizallamiento crítica <img alt="Ecuación 14" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq14.jpg" /> . 21 A partir de nuestros datos, nos encontramos con que τ = 6,3 GPa, que está en el rango de valores encontrados por Asenjo et al 8, pero es mucho mayor que las que se encuentran en los estudios anteriores, donde τ = 1,7 -. 3,4 GPa 4, 26, 27. Sin embargo, este valor se sobreestima el valor más bajo de la radio de la punta asumido, y es razonable suponer que el esfuerzo cortante crítico en el primer evento plasticidad está limitada por la fuerza teórica τ teo, Au = 4,3 GPa. <html> /ftp_upload/54706/54706fig5.jpg &quot;/&gt; Figura 5:. La reconstrucción Consejo de no contacto imágenes AFM topografía de guiones de AFM sobre una superficie de oro de capa fina atómicamente lisa (a - c) formas de las puntas reconstruidas calculados a partir de las imágenes de AFM de no contacto muestran en la Figura 2 (d - f) utilizando el software gratuito de análisis SPM Gwyddion. (D) de media forma de la punta de las imágenes que se muestran en (a - c). A partir de (d), el ángulo de apertura de un medio del penetrador se determina que es α = 67,21 °; junto con los valores de desplazamiento de punta mostrada en la Figura 4, un valor de dureza <img alt="Ecuación 11" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq11.jpg" /> se determina, en la que F n, max = 7,2 μN es la fuerza vertical máxima y δ max = 18 nm es el máximo desplazamiento de punta.pg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation

This experimental protocol describes how atomic force microscopy can be used to measure hardness at the true nanometer scale and to detect single atomistic plasticity events.

Cuantitativa de la dureza de medición por instrumentado AFM-muesca

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness ...

quantitative-hardness-measurement-by-instrumented-afm-indentation

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.6K vistas.  KoreaTech, Korea University of Technology and Education. This experimental protocol describes how atomic force microscopy can be used to measure hardness at the true nanometer scale and to detect single atomistic plasticity events. 

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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.

Cargando óptica Trampa de micropartículas en dieléctrica del aire

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Investigación

Ingeniería

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 normalizado para medir la eficiencia de colección Wipe-muestreo de trazas de explosivos

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 ...

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

This work describes the measurement procedure and principles of a sampling moir&#233; technique for full-field micro/nano-scale deformation measurements. The developed technique can be performed in two ways: using the reconstructed multiplication moir&#233; method or the spatial phase-shifting sampling moir&#233; method. When the specimen grid pitch is around 2 pixels, 2-pixel sampling moir&#233; fringes are generated to reconstruct a multiplication moir&#233; pattern for a deformation measurement. Both the displacement and strain sensitivities are twice as high as in the traditional scanning moir&#233; method in the same wide field of view. When the specimen grid pitch is around or greater than 3 pixels, multi-pixel sampling moir&#233; fringes are generated, and a spatial phase-shifting technique is combined for a full-field deformation measurement. The strain measurement accuracy is significantly improved, and automatic batch measurement is easily achievable. Both methods can measure the two-dimensional (2D) strain distributions from a single-shot grid image without rotating the specimen or scanning lines, as in traditional moir&#233; techniques. As examples, the 2D displacement and strain distributions, including the shear strains of two carbon fiber-reinforced plastic specimens, were measured in three-point bending tests. The proposed technique is expected to play an important role in the non-destructive quantitative evaluations of mechanical properties, crack occurrences, and residual stresses of a variety of materials.

A sampling moir&#233; technique featuring 2-pixel and multi-pixel sampling methods for high-accuracy strain distribution measurements at the micro/nano-scale is presented here.

Medición de la distribución de las microescenas a escala nanométrica a partir del muestreo

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

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.

Generación de tamaño controlado poli (etilenglicol) Diacrylate gotas vía Semi 3-Dimensional del flujo centrándose dispositivos microfluídicos

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

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves several steps, include drawing samples, cooling, cutting, transport to the laboratory, and analysis. The whole analysis process requires more than 30 minutes, which hinders on-line process control. Laser-induced breakdown spectroscopy is an excellent on-line analysis method that can satisfy the requirements of vacuum induction melting because it is fast and noncontact and does not require sample preparation. The experimental facility uses a lamp-pumped Q-switched laser to ablate melted liquid steel with an output energy of 80 mJ, a frequency of 5 Hz, a FWHM pulse width of 20 ns, and a working wavelength of 1,064 nm. A multi-channel linear charge coupled device (CCD) spectrometer is used to measure the emission spectrum in real time, with a spectral range from 190 to 600 nm and a resolution of 0.06 nm at a wavelength of 200 nm. The protocol includes several steps: standard alloy sample preparation and an ingredient test, smelting of standard samples and determination of the laser breakdown spectrum, and construction of the elements concentration quantitative analysis curve of each element. To realize the concentration analysis of unknown samples, the spectrum of a sample also needs to be measured and disposed with the same process. The composition of all main elements in the melted alloy can be quantitatively analyzed with an internal standard method. The calibration curve shows that the limit of detection of most metal elements ranges from 20-250 ppm. The concentration of elements, such as Ti, Mo, Nb, V, and Cu, can be lower than 100 ppm, and the concentrations of Cr, Al, Co, Fe, Mn, C, and Si range from 100-200 ppm. The R2 of some calibration curves can exceed 0.94.

During vacuum induction melting, laser-induced breakdown spectroscopy is used to perform real-time quantitative analysis of the main-ingredient elements of a molten alloy.

Análisis cuantitativo de fusión por inducción de vacío mediante espectroscopía de ruptura inducida por láser

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...

A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed and characterized a temperature-independent fiber Bragg grating (FBG)-based random-displacement sensor that adopts a magnetic scale as a novel transferring mechanism. By detecting shifts of two FBG center wavelengths, a full-range measurement can be obtained with a magnetic scale. For identification of the clockwise and counterclockwise rotation direction of the motor (in fact, the direction of movement of the object to be tested), there is a sinusoidal relationship between the displacement and the center wavelength shift of the FBG; as the anticlockwise rotation alternates, the center wavelength shift of the second FBG detector shows a leading phase difference of around 90&#176; (+90&#176;). As the clockwise rotation alternates, the center wavelength shift of the second FBG displays a lagging phase difference of around 90&#176; (-90&#176;). At the same time, the two FBG-based sensors are temperature independent. If there is some need for a remote monitor without any electromagnetic interference, this striking approach makes them a useful tool for determining the random displacement. This methodology is appropriate for industrial production. As the structure of the whole system is relatively simple, this displacement sensor can be used in commercial production. In addition to it being a displacement sensor, it can be used to measure other parameters, such as velocity and acceleration.

A protocol to create a full-range linear displacement sensor, combining two packaged fiber Bragg grating detectors with a magnetic scale, is presented.

Una medición de desplazamiento aleatorio mediante la combinación de una escala magnética y dos rejillas de fibra

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed ...

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, with its peak locomotion speed reaching 150 cm/s. First of all, we observed the microstructure and hierarchy of water strider legs using the scanning electron microscope. On the basis of the observed morphology of the legs, a theoretical model of the detachment from water surface was established, which explained water striders' capability to slide on water surface effortlessly in terms of energy reduction. Secondly, a dynamic force measurement system was devised using the PVDF film sensor with excellent sensitivity, which could detect the whole interaction process. Subsequently, a single leg in contact with water was pulled upward at different speeds, and the adhesion force was measured at the same time. The results of the departing experiment suggested a deep understanding of the fast jumping of water striders.

The protocol here is dedicated to investigating the free and quick maneuvering of water strider on water surface. The protocol includes observing the microstructure of legs and measuring the adhesion force when departing from water surface at different speeds.

Medición de fuerza dinámica en agua Strider pierna saltando hacia arriba por el Sensor de la película PVDF

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...

Quantitative Analysis by Thermogravimetry-Mass Spectrum Analysis for Reactions with Evolved Gases

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and multi-intermediates. Thermogravimetry-mass spectrum (TG-MS) is seen as a powerful tool to study reaction features. However, reaction details and reaction mechanics have not been effectively obtained directly from the ion current of TG-MS. Here, we provide a method of an equivalent characteristic spectrum analysis (ECSA) for analyzing the mass spectrum and giving the mass flow rate of reaction gases as precise as possible. The ECSA can effectively separate overlapping ion peaks and then eliminate the mass discrimination and temperature-dependent effect. Two example experiments are presented: (1) the decomposition of CaCO3 with evolved gas of CO2 and the decomposition of hydromagnesite with evolved gas of CO2 and H2O, to evaluate the ECSA on single-component system measurement and (2) the thermal pyrolysis of Zhundong coal with evolved gases of inorganic gases CO, H2, and CO2, and organic gases C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, etc., to evaluate the ECSA on multi-component system measurement. Based on the successful calibration of the characteristic spectrum and relative sensitivity of specific gas and the ECSA on mass spectrum, we demonstrate that the ECSA accurately gives the mass flow rates of each evolved gas, including organic or inorganic gases, for not only single but multi-component reactions, which cannot be implemented by the traditional measurements.

Precise determination of the evolved gases&#39; flow rate is key to study the details of reactions. We provide a novel quantitative analysis method of equivalent characteristic spectrum analysis for thermogravimetry-mass spectrum analysis by establishing the calibration system of the characteristic spectrum and relative sensitivity, for obtaining the flow rate.

Análisis cuantitativo de análisis de espectro de masa de termogravimetría para reacciones con Gases evolucionados

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and ...

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.

Procedimientos de corte, pruebas de tracción y envejecimiento de laminados compuestos unidireccionales flexibles

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

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.

Desarrollo del método para estudios espectroscópicos dieléctricos de cavidad resonante sin contacto de papel celulósico

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