在低温下对小尺度丁苯橡胶进行纳米压痕的动态力学分析

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KLA Instruments 小课堂

定期分享KLA Instruments旗下产品的各种技术资料、应用笔记和使用指南。

旗下产品包括:轮廓仪、纳米压痕仪、薄膜测厚仪、方阻测量仪以及晶圆缺陷检测系统。

日前,KLA Instruments亮相一年一度的2024中国材料大会,并借此次机会展出纳米压痕仪、光学轮廓仪、探针式轮廓仪、电阻测量仪的多款重点机型。期待您的莅临。

“中国材料大会”是中国材料研究学会的学术年会,是重要的系列品牌会议之一,是中国新材料界学术水平很高、涉及领域很广、前沿动态很新的超万人学术大会,是面向国家重大需求、推动新材料前沿重大突破的高水平品牌大会。大会涵盖能源材料、环境材料、先进结构材料、功能材料、材料设计制备与评价等5大类主题,距今已成功举办23届。

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小课堂-本期课程:

在低温下对小尺度丁苯橡胶进行纳米压痕的动态力学分析

丁苯橡胶 (SBR) 是一种合成橡胶聚合物,旨在取代天然橡胶。SBR因其弹性性能和耐磨特性而广泛应用于轮胎、粘合剂、电池、扬声器和建筑材料中。

本次研究,利用KLA高精度纳米压痕仪的DMA功能,在低温条件下对SBR 橡胶的储存模量进行分析。

晶圆

丁苯橡胶(SBR)的化学公式

实验方法

配备载荷分辨率小于1nN的IF50加载器和 50μm 直径的平压头的 KLA 纳米压痕,对安装在制冷样品台的 SBR 进行DMA测试,样品可冷却到 -60°C以下,整个变温过程由PID控制,加热和冷却同步工作,整个测试中,制冷样品台的外壳始终维持在室温。惰性气体充满样品腔室,以减轻其与大气的化学反应,并防止在样品表面结霜。

KLA DMA 测试技术

ProbeDMA 是一种动态纳米压痕测量技术,用于测量不同频率下的材料的粘弹性。ProbeDMA 可在样品表面的特定区域定量的进行动态特性的测量。此外,相较与传统DMA机台,ProbeDMA 更可精确的测试聚合物涂层和薄膜。

ProbeDMA 测试流程如下图所示。

晶圆

ProbeDMA 在所有 KLA 纳米压痕上都可用,且可以与各种平压头配合使用。KLA 可在各个压痕型号上提供从 -60°C 到 800°C 的变温样品台。该控温范围可确保在各种材料上进行变温实验和蠕变实验。

结果与总结

丁苯橡胶(SBR)的随温度变化和频率变化的储存模量的对数-对数结果如下图。

晶圆

丁苯橡胶的储存模量随温度和频率变化

三个测试温度分别为室温、-28.5°C 和 -66.0°C ,在三个温度下分别从 1Hz 测到 200Hz 。随着温度降低,储存模量显著增加,1Hz 21.0°C 时为 80MPa,而 1Hz -66°C 时为 1600MPa。

变温条件下储存模量明显的变化,凸显了在DMA测试中变温附件的重要性。

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