[发明专利]一种水凝胶纳米压痕区域微调节装置

说明书

本发明公开了一种水凝胶纳米压痕区域微调节装置，该装置主体为台体，在台体下部设有可以安装在纳米压痕仪上的卡槽，台体表面分别有固定台和容置洞，固定台上安装有用于校核的标准熔融石英试样，容置洞内的试样可通过两个方向的螺钉钉紧固定，在容置洞内设有圆台形承载台，承载台与台体内部的齿轮、齿条、滑槽、涡轮蜗杆和轴承组成升降台，转动台体两侧的调节螺母可以使承载台上下移动。本发明可以实现水凝胶材料在纳米压痕测量中的直接承载，能够根据水凝胶随水分流失而产生的变形对被测微尺度区域高度进调节，减少了试样安装时间，解决了由于水凝胶试样承载和高度调节造成的被测微尺度区域改变而带来的实验误差问题。

技术领域

本发明涉及一种水凝胶纳米压痕区域微调节装置，特别是配合纳米压痕仪对水凝胶在位力学性能测试实验时所使用的承载调节装置，属于微尺度力学性能测试技术领域。

背景技术

在水凝胶因良好的生物相容性而得到广泛的应用过程中，其力学性能的变化及提高引起了人们的关注。传统的水凝胶力学性能研究方法采用单轴拉伸或压缩实验，但是该方法主要研究的是较大体积水凝胶的宏观力学性能，无法完成水凝胶局部或微观结构的力学性能研究。纳米压痕实验法作为一种非破坏性的研究方法，可通过对金刚石压头施加载荷而使压头压入材料的方式，实现在微纳米尺度下对水凝胶的在位力学性能进行实验研究，具有试样制备简单、实验接近无损、定位精度高和适用范围广等优点。但当前纳米压痕仪使用的承载装置无法实现对于水凝胶的直接承载，且由于承载平台高度不能调节、承载面积小等缺点，大大增加了实验难度。因此对水凝胶纳米压痕区域微调节装置的研究具有很高的实用价值。

当前的纳米压痕实验过程中，试样承载装置可以对金相试样或者粘结在固定台上的试样进行固定，但是在水凝胶试样的直接承载和试样高度调节中依然存在一些问题：

(1)现如今纳米压痕实验中的试样承载部位底部支撑为螺钉，无法实现对于水凝胶材料的直接承载，必须通过金相镶嵌或者粘结在其它试样的方式对水凝胶先进行固定承载后，再置于纳米压痕实验承载装置的螺钉上。该承载固定方法较为复杂，效率低，增加了实验难度。

(2)在试样固定过程中，现有纳米压痕承载装置对试样的固定方法为底部螺钉支撑、单方向侧向钉紧的形式。而在试样放置过程中试样几何中心往往与螺钉中心不重合，侧向钉紧后会造成试样表面倾斜。在纳米压痕实验中，压头采用垂直压入材料的方式得到相关力学性能，试样表面倾斜会导致实验系统计算的压头压入面积与实际压入面积不符，造成实验误差。

(3)纳米压痕测试高度在一定范围内，高于或者低于标准试样太多均会造成实验失败。试样安装过程中，试样与标准试样是否在一水平面只能靠肉眼分别，安装上去后高度固定且难以调节，若是试样安装过高或或过低，只能将试样拆下重新安装，这个过程会浪费大量时间。且水凝胶试样在实验一定时间后由于失水收缩其表面会降低，实验过程中试样重新安装会由于该微结构区域难以寻找而导致该区域的力学性能无法连续测量。

为克服以上问题，本发明提出了一种水凝胶纳米压痕区域微调节装置，该发明在具有原有纳米压痕承载装置功能的基础下，还可以对水凝胶等软物质进行直接承载，通过螺母调节可以实现承载台的高度自由升降，大幅度节约实验时间并确保水凝胶纳米压痕实验的连续进行，同时保证试样在测试过程无任何微小的扰动，从而减少由于纳米压痕实验过程中试样反复安装带来的数据误差，更精准的获得材料的在位力学性能。

发明内容

本发明的目的在于设计了水凝胶纳米压痕区域微调节装置，通过该装置可以实现对水凝胶纳米压痕试样的直接承载，并能够自由调节承载平台高度，保证了材料不受制备过程的影响，减少了试样安装时间，优化了整个实验过程。