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航天学院
微位移微载荷加载试验系统
来源: 日期:2014年10月31日 14:20 点击数:

项目名称:微位移微载荷加载试验系统

负责人:徐明龙

联系电话:029-82669093

E-mail:mlxu@mail.xjtu.edu.cn

所在学院:航天学院

项目介绍:

软物质是相对于通常所见的金属、陶瓷、玻璃等硬物质而提出的一种广泛存在于自然界、日常生活和工业技术中的物质体系。近年来,生物学和工程学的交叉融合使软物质与生物柔性机械紧密联系在一起,生物柔性机械通过感受外界刺激产生变形从而提供某种功能,同时这些特征使得活性软材料可以用在柔性机器人、智能光学器件、自调节流控器件等工程领域。

目前对于软物质的力学性能研究主要采用压痕技术,即通过加载系统对软物质进行施压以获得相应曲线从而计算出材料参数。本项目研制了一套微位移微载荷加载试验系统,运用微纳压痕技术对软物质进行力学性能研究。

技术创新性和领先性:

本项目研制的微位移微载荷加载试验系统具有较高控制精度、能够输出微小载荷和位移、可根据实验材料更换多种压头等技术特点,同时价格适中,性价比高。本项目研制的微位移微载荷加载试验系统具有完全的知识产权,性能指标达到国外知名仪器厂商(如美国NANOVEA、德国PICODENTOR等)同类设备水平。目前该设备已在西安交通大学航天航空学院仿生工程与生物力学中心得到应用,该中心借助本试验系统在期刊THEORETICAL & APPLIED MECHANICS LETTERS上发表了“Development of a micro-indentation device for measuring the mechanical properties of soft materials”一文。

市场及效益分析:

目前国内科研院所对软物质的研究和工程应用越来越深入,尤其是通过压痕技术研究凝胶和生物组织等软材料的特性是近年来的研究热点。与传统测量方法(拉伸试验、扭转试验等)相比,微尺度压痕测试技术具有以下特点:(1)检测敏感性;(2)材料无损性;(3)广泛适用性;(4)操作简单性。因此,微尺度压痕技术被广泛应用在科学研究和工程实践的众多领域。但是目前软物质的研究一方面局限于试验设备和条件,商用的压痕测试设备不仅非常昂贵(百万元级),而且不适合直接测试软性材料;另一方面,满足测试要求的仪器目前只有少数几个国外仪器厂商可以提供,技术垄断导致该类设备价格高昂。因此国内对具有自主知识产权的微纳压痕测试系统有迫切的市场需求,将该项目的微位移微载荷控制技术市场化应用将能够带来较大的经济效益。

科技成果样机展示:

微位移微载荷加载试验系统硬件主要由控制主机(计算机)、控制箱和测量平台构成,如图1所示。其他辅助装置包括防振台、加热装置等。

①控制主机;②控制箱;③加载试验平台;④气浮隔振平台

图1.微位移微载荷加载试验系统

测量平台主要由摄像机、步进电机、微纳电机、载荷传感器、压头、底座等部件构成。如图2所示。

 

①摄像机;②步进电机;③微纳电机;④载荷传感器;⑤压头;⑥试样;⑦底座;

图2.测试平台

对于不同的试样或试验,压痕试验中的压头(见图2-⑤)可进行置换,压头种类较多,其中包括平板压头、锥形压头、球形压头等,如图3所示。

图3.压头种类

合作条件要求:

合作方应具有一定的资金实力,能按照市场的要求进行运作;

合作方需具有市场开拓能力,能按照用户需求确立市场产品线。

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