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宜建制備多用途 “微質(zhì)構(gòu)儀”
閱讀：1603 發(fā)布時(shí)間：2021-11-30
宜建的 “微質(zhì)構(gòu)儀"
微質(zhì)構(gòu)儀包括力學(xué)測(cè)控系統(tǒng)，形變可視化記錄系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理軟件。其中力學(xué)測(cè)控系統(tǒng)主要包括毫米級(jí)探頭，力傳感器，納米位移臺(tái)，數(shù)據(jù)采集卡，信號(hào)調(diào)理器。形變可視化記錄系統(tǒng)由顯微鏡和相機(jī)在電腦上成像和保存。數(shù)據(jù)處理軟件可直接得出樣品的各種質(zhì)構(gòu)特性。
這款微質(zhì)構(gòu)儀通過(guò)施加一個(gè)可控的負(fù)載至產(chǎn)品，并以負(fù)載和時(shí)間或位移的形式記錄下產(chǎn)品的受力響應(yīng)，從而產(chǎn)生形變曲線。通過(guò)分析曲線可以得到產(chǎn)品的物理特性。
“微質(zhì)構(gòu)儀"顧名思義，和傳統(tǒng)的質(zhì)構(gòu)儀相比是微型的。微型體現(xiàn)三個(gè)方面，第一：探頭的尺寸（比如0.2mm-1mm)。第二：實(shí)驗(yàn)時(shí)加載的距離（微米級(jí)別）。第三：樣品的形變是微小的。
微質(zhì)構(gòu)儀的力傳感器的分辨率為0.05 mN，最大載荷可達(dá)30克。信號(hào)放大器可以將壓力傳感器產(chǎn)生的微弱電信號(hào)放大。具有良好的線性度和穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)采集卡的頻率在20Hz ~ 1000Hz之間，易于編程和控制。微米位移工作臺(tái)行程20mm，便于固定在其上的壓力傳感器上下移動(dòng)。微質(zhì)構(gòu)儀的力傳感器非常敏感，配有橡膠阻尼隔震臺(tái)來(lái)消除不必要的干擾。顯微鏡和攝像機(jī)，采用計(jì)算機(jī)控制、可拍攝記載實(shí)驗(yàn)過(guò)程。
微質(zhì)構(gòu)儀的圓柱形探針直徑可分別為1 mm、0.5 mm、0.2 mm，甚至可以更小。探針的形狀也可以是球形和圓錐形。微質(zhì)構(gòu)儀有4種測(cè)試模式，包括：一個(gè)單壓縮循環(huán)，壓縮并保持，多次壓縮，凝膠強(qiáng)度試驗(yàn)。通過(guò)分析力和位移曲線或者力和時(shí)間曲線，可以得到樣品的各項(xiàng)質(zhì)構(gòu)特性，例如：硬度，脆性，內(nèi)聚性，彈性，膠著性，咀嚼性，回復(fù)性，粘性，泊松比，溶劑擴(kuò)散系數(shù)，粘性松弛時(shí)間和粘性松弛程度（凝膠類樣品）。
使用微質(zhì)構(gòu)儀實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需對(duì)樣品的加載距離設(shè)置到幾十到幾百微米，對(duì)此我們稱之為壓痕實(shí)驗(yàn)。微小的形變基本不會(huì)對(duì)樣品本身帶來(lái)任何的損傷。但足以使力傳感器感受到電信號(hào)，從而通過(guò)軟件分析出樣品的質(zhì)構(gòu)特性。對(duì)于樣品本身特別小，不易夾持，不易做拉伸實(shí)驗(yàn)的，微質(zhì)構(gòu)儀也是一個(gè)很不錯(cuò)的選擇。很多樣品制備不易且費(fèi)用較高，微質(zhì)構(gòu)以在測(cè)量時(shí)可以保證不損壞，讓樣品得以繼續(xù)使用。而且實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程都可以通過(guò)顯微鏡和攝像機(jī)觀測(cè)到并記錄下來(lái)。
該儀器已經(jīng)用來(lái)研究乳清蛋白水凝膠的粘彈性，乳清蛋白水凝膠的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，非共價(jià)相互作用在凝膠pH值為2-11的熱定形乳清蛋白水凝膠堿性溶解中的作用。目前也應(yīng)用于各種食物，熟米，綠豆等，還有超薄硅膠材料，噴霧過(guò)的粉末，以及噴霧后的單液滴的硬度的測(cè)量等等。