[发明专利]一种多点测量的软材料压痕装置、系统及测试方法

说明书

本发明公开了一种多点测量的软材料压痕装置、系统及测试方法。压痕系统包括电控平移台、软材料压痕装置、多孔位辅助支撑夹具和光学平台，电控平移台包括X轴平移台、Y轴平移台和Z轴平移台，X轴平移台安装在光学平台上，Y轴平移台设于X轴平移台上，多孔位辅助支撑夹具设于Y轴平移台上，Z轴平移台垂直设于光学平台上，软材料压痕装置设于Z轴平移台上。本发明可以实现多组样品同时进行测量避免了由于其余样品等待测试的时间误差或者样品逐个制备损失的大量实验时间；可以保证在测试过程中探针与样品的接触距离处在相同高度，避免由于样品高度不一致产生测量误差；在所有样品同一位置测试完成后，通过电控平移台精确移动到所需的距离。

技术领域

本发明涉及软材料技术领域，更具体地说，特别涉及一种多点测量的软材料压痕装置、系统及测试方法。

背景技术

随着材料科学领域的发展，以水凝胶为主要代表的软材料引起了研究人员的广泛兴趣，软材料的力理化性能是科研人员关注的重点。为获得材料自身的杨氏模量，国际上常采用纳米压痕仪、拉压试验机等装置进行测量。其中，针对一些强度较差的粘弹性水凝胶材料(例如低浓度的海藻酸钠、明胶等)，不适合用拉压试验机等设备进行测试，常采用纳米压痕仪进行测试。现有的纳米压痕仪通过力传感器得到位移-力的数据，而后可根据赫兹模型或其他数学模型进行测试。然而，现有纳米压痕仪通常每次只能测试单个样品的一个位置，而为了消除随机误差会测量多个位置的数据。测量实验也要求至少需要3个及以上的样品以保证数据的可靠性。因此，当一个个样品根据顺序依次测量，随着时间的推移，对于一些会受到温度或交联时间影响的材料(例如明胶，基质胶等)则会产生较大的误差。与此同时，当使用数学模型计算同一样品上多个位置的数据时，要求这些位置需要间隔一定的距离，而使用人工移动存在误差。因此，设计一种可用于多个样品同时测量并且可以精准移动位置的压痕测试装置及系统就显得十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多点测量的软材料压痕装置、系统及测试方法，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多点测量的软材料压痕装置，包括并联式支撑杆、拉压力传感器、探针和压头，所述并联式支撑杆包括支撑板、横杆和多个支撑杆，所述横杆安装在支撑板的前端，多个所述支撑杆并联式设置在所述横杆的前端，每个支撑杆上均安装有拉压力传感器，所述探针安装于拉压力传感器上，所述压头设于探针的下端。

进一步地，每个所述支撑杆上通过可拆卸式安装有拉压力传感器。

进一步地，每个所述拉压力传感器与支撑杆之间设有弹簧。

本发明还提供一种多点测量的软材料压痕系统，包括电控平移台、上述的多点测量的软材料压痕装置、多孔位辅助支撑夹具和光学平台，所述电控平移台包括X轴平移台、Y轴平移台和Z轴平移台，所述X轴平移台安装在光学平台上，所述Y轴平移台设于X轴平移台上，所述多孔位辅助支撑夹具设于Y轴平移台上，所述Z轴平移台垂直设于光学平台上，所述多点测量的软材料压痕装置设于所述Z轴平移台上。

进一步地，所述多孔位辅助支撑夹具包括辅助支撑板，设于辅助支撑板一面的多个固定孔。以及设于辅助支撑板另一面的凸台，所述凸台安装于Y轴平移台上。

进一步地，还包括与所述电控平移台连接的PLC控制电路。

本发明还提供一种根据上述多点测量的软材料压痕系统的测试方法，包括以下步骤：

S1、将样品置于所述多孔位辅助支撑夹具上；

S2、控制X轴平移台和Y轴平移台移动将样品移动至设定的第一位置；

S3、控制Z轴平移台移动将压痕装置与样品接触，通过压痕装置的弹簧确保与所有样品同时接触。按照最大下移距离下移，拉压力传感器采集第一组数据，再控制Z轴平移台上移使探针回升；