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专利号: 2018113497063
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-04-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种聚合物弹性模量的测量方法,其特征在于,所述方法包括:获取载荷-位移曲线;所述载荷-位移曲线为原子力显微镜在聚合物样品上做纳米压痕实验时,施加在所述原子力显微镜的探针上的载荷随压电陶瓷扫描管位移的变化曲线;

将所述载荷-位移曲线转换为力曲线;力曲线包括加载曲线和卸载曲线;

确定所述加载曲线的第一转折点;

删除所述加载曲线在所述第一转折点之后的数据点,保留所述第一转折点之前的数据点;

通过赫兹模型拟合所述第一转折点之前的数据点,得到拟合数据;

根据所述拟合数据以及赫兹模型计算公式,计算所述聚合物样品的弹性模量;

所述将所述载荷-位移曲线转换为力曲线,具体包括:获取压电陶瓷扫描管的位移以及探针悬梁臂的变形量;

根据所述位移以及所述变形量,计算所述原子力显微镜的探针压入所述聚合物样品的深度;所述位移包括所述变形量以及所述深度;

根据所述载荷-位移曲线以及所述深度,确定载荷-压深曲线,所述载荷-压深曲线为力曲线。

2.根据权利要求1所述的聚合物弹性模量的测量方法,其特征在于,所述根据所述拟合数据以及赫兹模型计算公式,计算所述聚合物样品的弹性模量,具体包括:根据所述拟合数据以及所述赫兹模型计算公式,计算所述聚合物样品与所述探针的针尖的折合弹性模量;

根据公式 以及所述折合弹性模量,计算所述聚合物样品的弹性模量;其中,Er为折合弹性模量,Esample为所述聚合物样品的弹性模量,vsample为样品材料的泊松比,vtip为针尖材料的泊松比,Etip为探针材料的弹性模量。

3.根据权利要求2所述的聚合物弹性模量的测量方法,其特征在于,所述赫兹模型计算公式如下:其中,P为压入载荷,γ为修正系数,Er为折合弹性模量,R为探针针尖的曲率半径,h为压入深度。

4.一种聚合物弹性模量的测量系统,其特征在于,所述系统包括:载荷-位移曲线获取模块,用于获取载荷-位移曲线;所述载荷-位移曲线为原子力显微镜在聚合物样品上做纳米压痕实验时,施加在所述原子力显微镜的探针上的载荷随压电陶瓷扫描管位移的变化曲线;

转换模块,用于将所述载荷-位移曲线转换为力曲线;力曲线包括加载曲线和卸载曲线;

转折点确定模块,用于确定所述加载曲线的第一转折点;

删除模块,用于删除所述加载曲线在所述第一转折点之后的数据点,保留所述第一转折点之前的数据点;

拟合模块,用于通过赫兹模型拟合所述第一转折点之前的数据点,得到拟合数据;

计算模块,用于根据所述拟合数据以及赫兹模型计算公式,计算所述聚合物样品的弹性模量;

所述转换模块,具体包括:

获取单元,用于获取压电陶瓷扫描管的位移以及探针悬梁臂的变形量;

深度计算单元,用于根据所述位移以及所述变形量,计算所述原子力显微镜的探针压入所述聚合物样品的深度;所述位移包括所述变形量以及所述深度;

曲线确定单元,用于根据所述载荷-位移曲线以及所述深度,确定载荷-压深曲线,所述载荷-压深曲线为力曲线。

5.根据权利要求4所述的聚合物弹性模量的测量系统,其特征在于,所述计算模块,具体包括:折合弹性模量计算单元,用于根据所述拟合数据以及所述赫兹模型计算公式,计算所述聚合物样品与所述探针的针尖的折合弹性模量;

弹性模量计算单元,用于根据公式 以及所述折合弹性模量,计算所述聚合物样品的弹性模量;其中,Er为折合弹性模量,Esample为所述聚合物样品的弹性模量,vsample为样品材料的泊松比,vtip为针尖材料的泊松比,Etip为探针材料的弹性模量。

6.根据权利要求5所述的聚合物弹性模量的测量系统,其特征在于,所述赫兹模型计算公式如下:其中,P为压入载荷,γ为修正系数,Er 为折合弹性模量,R为探针针尖的曲率半径,h为压入深度。