数字图像关联(DIC):测量复杂的纳米系统

从实验上直接在几十甚至上百微米的区域里测量单个纳米单元的形变这一技术难题一直都是人们对于复杂的纳米材料层次结构进行透彻理解的一个障碍。现在,美国空军研究实验室和密歇根大学的研究者们提出了解决这个问题一种方法。他们利用数字图像关联的方法在空间上绘制出了被压缩的碳纳米管阵列所受到的形变和应力。

这项技术利用原位扫描电子显微镜压缩和数字图像相关分析来追踪在长宽比相差很大的不同列中的单个碳纳米管的形变。尽管在行级别上的形变和弯曲起始位置相对于长宽比变化很大,研究者们仍然可以利用这种技术得到具有在5%的局部应力时的自洽的机械屈服准则。

DIC技术在宏观材料中早已有了大量的应用。但是它在纳米系统中的应用却一直受到制备具有可观测斑点图样的表面和与原位成像技术兼容性等问题的困扰。研究者发现,在碳纳米管从的拓扑结构的扫描电镜照片中本征就提供了这样一种可观测的表面颗粒图样适合于DIC的应用。这样以来就避免了表面处理对样品机械特性的改变。这项技术有望能用于多个纳米或微米尺度的材料系统的表征,并可以增强模型可靠性,加深对样品的耦合机械响应(如界面输运,物理传感和能量储存等)的理解。