超动态应变仪

焊接质量一般是通过焊缝质量好坏来做评定，而焊缝质量取决于所焊接的物体、焊接填充物以及所选用的焊接工艺及参数。为了更好地去优化和改善焊接工艺，对于焊缝及其热影响区进行力学性能表征是极其有意义的。对局部弹塑性特性的兴趣导致了一种新检测技术的发展，该技术使用球形压头对焊缝及其热影响区进行局部应力应变性能表征，加载期间使用振动的压痕允许非常局部地确定试验材料的代表性应力-应变曲线。简单的应力应变分析在Anton-Paar压痕软件中实现。该方法可适用于焊缝及其附近不同区域的局部力学性能的表征。01焊缝裂纹尖端附近的弹塑性行为研究纳米压痕仪 NHT3通过展示仪器化纳米压痕测试方法获得低合金钢焊缝中裂纹尖端附近区域和远离裂纹尖端区域的应力应变行为。焊缝出现裂纹通常是由焊接过程中焊缝快速凝固产生的热应力引起的，或由内部显微结构的发生改变所引起的，导致硬度和屈服强度增加，但抗断裂性降低。为了了解局部区域的应力应变行为，仪器化纳米压痕法是能够提供此信息的少数方法之一，局部应力应变测量的目的是帮助理解焊缝开裂的原因。图1 ： 靠近或远离焊缝裂纹尖端局部区域的仪器化压痕测试使用Anton-Paar纳米压痕仪NHT3搭载半径为20 µm球型针尖对两个已经存在焊缝裂纹的样品进行测试，以获得局部的应力应变行为；与传统的静态测试方法不同的是，在这次的应用案例中将采用在加载过程增加正弦波加载方式的动态测试方法 (Sinus)，选取最大载荷为500 mN，加载卸载速率为1000 mN/min，动态加载振幅为50 mN，频率为5 Hz。图2：载荷位移曲线图3：应力应变曲线图2和图3显示了动态加载测试下获得的压痕曲线，以及从两个区域的压痕曲线中获得的应力应变曲线。可以看出裂纹尖端附近区域的屈服强度远高于远离裂纹尖端的区域。屈服强度的增加通常与延展性的降低有关，这可能对焊缝的抗断裂韧性产生至关重要影响。在外部荷载作用下，靠近裂纹尖端的材料屈服强度增加，往往会出现比基材更早断裂的情况，因此在整个结构中是个力学薄弱点。焊缝中的断裂会导致整个部件失效，因此应该去调整焊接参数，使裂纹尖端附近的材料具有较低的屈服应力和较高的抗断裂性。02焊接铝合金的应力应变行为研究仪器化纳米压痕测试方法中应力应变分析的另一个经典应用是研究金属焊缝周围的弹塑性，尤其是软金属，例如铝合金。铝合金比钢对高温更敏感，因此，研究铝合金的焊接热效应尤为更重要。在本应用所提及的研究中，在加载过程中使用正弦波动态加载模式，利用球形纳米压痕针尖的特性对两种不同的铝合金焊缝附近的弹塑性行为进行局部表征。球形纳米压痕针尖用于确定靠近焊缝（区域A）且距离焊缝约2mm（区域B）的应力应变特性。图4：对比距离焊缝近的区域A和距离焊缝2mm处区域B的应力应变行为使用NHT3纳米压痕仪搭载半径20µm球型针尖作为表征手段，选取的最大载荷为300 mN、加载卸载速率为600mN/min。在加载过程中采用正弦波的动态加载模式，振幅为30 mN，频率为5 Hz。图4展示了区域A和区域B的应力应变曲线的比较。两个区域表现出相类似的弹塑性行为，屈服应力约为0.3 GPa。这表明焊接过程中加热和冷却对材料的弹塑性性能的影响可以忽略不计。然而，并非所有情况下都是如此，焊接区域的局部应力应变行为仍然是优化焊接参数的重要信息。03搅拌摩擦焊接铝合金的应力应变研究搅拌摩擦焊（FSW）通常是铝合金焊接工艺更好地选择，而传统电弧焊由于铝的高导热性而容易产生较大的热影响区。FSW中的焊接温度远低于中心接触点，因此热效应的传导不如弧焊中明显。在这种情况下，将两种不同的铝合金AA6111-T4（T4）和AA6061-T6（T6）焊接在一起，并在距离熔核中心位置的1.1 mm、2.2 mm和3.3 mm处研究硬度、弹性模量和屈服应力。以下参数用于压痕：最大载荷300 mN，加载速率600 mN/min，动态加载模式下选取振幅30 mN，频率5 Hz。图5的结果表明随着距熔核距离的增加，所表现出的应力应变行为大致一样，仅存在微小差异。在所有的三个区域的屈服应力大约为0.33 GPa（两种基材中的屈服应力大约为0.27 GPa，图中未显示）。母材的硬度为0.8 GPa（T4合金）和1.1 GPa（T6合金）。所有三个区域（距焊缝熔核1.1 mm、2.2 mm和3.3 mm）的硬度均为1.1 GPa，这证实焊缝附近的弹塑性能并没有发生显著变化。图5：距熔核不同位置的应力应变曲线Aoton-Paar自研自产的纳米压痕仪能非常好地去胜任微观局部的应力应变分析，新一代的检测手段的开发有助于焊接行业的进一步发展。安东帕中国总部销售热线：+86 4008202259售后热线：+86 4008203230官网：www.anton-paar.cn在线商城：shop.anton-paar.cn

【科学背景】应变传感器是一种关键技术，用于在多种应用中实现高灵敏度的机械感知，如人形机器人的指尖控制和皮肤贴合健康监测设备。然而，现有的应变传感器普遍依赖于裂纹生成机制，这限制了它们在灵敏度、应变范围、稳定性和时间空间分辨率上的综合性能。传统裂纹导电材料在小传感面积与高性能之间存在固有的权衡，其裂纹易于扩展并难以控制，导致传感器在应对大应变和长期稳定性方面的表现有限。为解决这些挑战，天津科技大学生物基纤维材料国家重点实验室刘阳教授、国家重点实验室主任程博闻教授、南开大学Jiajie Liang课题组联合提出了一种分子级裂纹调制策略，采用逐层组装技术在MXene和银纳米线复合薄膜中引入了强、动态和可逆的硫-银（S-Ag）配位键。这种创新策略不仅在传感器中实现了极小的感测面积（仅0.25 mm² ），同时提供了超宽的工作应变范围（0.001-37%）、极高的灵敏度（在0.001%时的增益因子超过500，在35%时超过150,000）、快速的响应时间、低滞后和优异的长期稳定性。此外，基于这种高性能传感元件，研究团队成功实现了每平方厘米100个传感器的可拉伸传感器阵列，展示了高时间空间分辨率的实际应用，如多通道脉冲信号监测系统。【科学亮点】（1）本研究首次采用分子级裂纹调制策略，在MXene和银纳米线复合导电薄膜中引入强、动态和可逆的硫-银（S-Ag）配位键。这一策略通过逐层组装技术，实现了裂纹生成和传播的精确控制。（2）实验结果表明，所制备的基于裂纹的可拉伸应变传感器（S-M/A）具有多重优异的性能特征：传感面积极小（仅0.25 mm² ），但具备超宽的工作应变范围（0.001-37%），高灵敏度（在0.001%应变下的增益因子超过500，35%应变时超过150,000），快速的响应时间（约5毫秒），低滞后和长期稳定性。此外，通过S-Ag配位键的动态调控，传感薄膜能有效地能量耗散，防止裂纹间隙的扩展，从而保持了纳米级别的裂纹结构和传感性能的稳定性。（3）这一研究突破了传统裂纹调制策略的限制，克服了传感面积和性能之间的固有权衡，为高密度、高分辨率的可拉伸应变传感器阵列的实现提供了新的思路和方法。通过高效的组装工艺，作者实现了每平方厘米100个传感器的集成，展示了该传感器阵列在多通道脉冲感测系统中的实际应用，具备优异的时间空间分辨率和监测精度。【科学图文】图1：引入S-Ag配位键到S-M/A感测薄膜中。图2：S-MXene和S-M/A薄膜的表征。图3：S-M/A传感器的应变感测性能。图4：应变感测性能比较。图5：S-M/A感测薄膜的裂纹调制行为。图6：S-M/A传感器阵列在脉冲信号测量中的应用。【科学结论】本文开发了一种基于分子级裂纹调制策略的新型应变传感器，通过引入强、动态和可逆的S-Ag配位键，有效地解决了传统裂纹型传感器中传感面积与性能之间的权衡问题。此技术不仅在传感面积极小的情况下实现了超高灵敏度和广泛的应变范围，还通过动态调控裂纹形态和能量耗散机制，提高了传感器的稳定性和可靠性。通过分子级的设计和制备过程，将有机和无机材料有效地结合在一起，为高性能应变传感器的设计提供了新的思路和方法。此外，本文展示了简便且可扩展的制造工艺，为实现高密度、高分辨率的传感器阵列奠定了基础。这种基于分子级裂纹调制的策略不仅有助于推动应变传感器技术的进步，还为未来在可穿戴设备、健康监测和智能机器人等领域中需求高精度、高稳定性传感器的开发提供了新的理论和实践基础。原文详情：Liu, Y., Xu, Z., Ji, X. et al. Ag–thiolate interactions to enable an ultrasensitive and stretchable MXene strain sensor with high temporospatial resolution. Nat Commun 15, 5354 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-49787-9

纳米材料具备优异的力学特性，能够承受远超块体材料的应变，从而调节其物理/化学性能（如电子、光学、磁性、声子和催化活性）。基于力学应变工程，过去的研究优化设计了一系列前所未有的先进功能材料和器件，包括高迁移率芯片、高灵敏度光电探测器、高温超导体、和高性能太阳能电池以及电催化剂等等。尽管对基于应变调控电子输运性能和能带结构等方面进行了广泛研究，但由于单一施加应变梯度而不引入其他混淆因素（例如界面和缺陷）的困难，以及将纳米尺度热输运测量与原子尺度局域声子谱表征相结合的挑战，非均匀应变下的导热机制仍未被系统研究。这尤其令人沮丧，因为精确热管理被视为制约先进芯片和高端设备效率和寿命的关键瓶颈。针对这些挑战，北京大学工学院杨林研究员与北京大学物理学院高鹏教授、杜进隆高级工程师及西安交通大学岳圣瀛教授等人提出了实验探究非均匀应力对导热调控的新策略，他们揭示了均匀应力下不存在的，由应变梯度导致的独特声子谱扩展效应及其对导热的反常抑制现象。通过在自制的悬空微器件上弯曲单个硅纳米带（SiNRs）来诱发非均匀应变场，并利用具有亚纳米分辨率的基于扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱（STEM-EELS）技术表征局域晶格振动谱，他们的研究结果显示，0.112％/nm应变梯度将导致热导率（κ）显著降低34±5％，这是先前文献中均匀应变下热导率调制结果的3倍以上（图1）。相关工作以“Suppressed thermal transport in silicon nanoribbons by inhomogeneous strain”为题发表于Nature。图1. 非均匀应力对硅纳米带导热的显著抑制现象。（a）实验测得的（实心符号）和理论模拟的（空心符号）结果表明，在均匀应变下，块体硅和硅纳米线的热导率基本保持不变，而弯曲硅纳米带的测量结果随着应变的增加急剧上升（半填充）。（b）基于悬空热桥微器件的热导率测试原理示意图。（c）高分辨透射电子显微镜显示弯曲硅纳米带的单晶特性。（d）实验测得的弯曲硅纳米带相较于无应力样品的热导率降低百分比为了揭示应变对声子传输的影响，直接测量弯曲硅纳米带的局域声子谱，并表征沿应变梯度声子模式的演变现象是非常必要的。与先前文献中观察到的在异质界面或缺陷周围的EELS峰移不同，运用同时具备亚纳米级空间分辨率和毫电子伏特（meV）能量分辨率的STEM-EELS技术，该工作首次表征了完全受非均匀应变调控的声子模式，揭示了应变梯度下奇特的声子谱扩展效应（图2）。图2. 表征受应变调控的局域声子谱。（a）基于STEM-EELS的局域声子谱表征技术示意图。带有弯折的弯曲硅纳米带HAADF图像（b）和EELS测量区域的放大视图（c）。（d）在不同位置（P1至P5）沿应变梯度测得的TA和TO声子模式的EELS谱。（e）弯曲硅纳米带的HAADF图像。（f）沿电子束移方向TA和TO声子模式的振动谱图。（g）在e中标记的区域沿应变梯度测得的EELS谱线与均匀应变下每个声子支具有的特定单一线条色散关系不同，不均匀应变的存在导致了在给定波矢处的声子频率分布区间（图3）。这种奇特的声子谱扩展效应增加了声子频率的多样性，以满足声子-声子散射的能量守恒约束，因此加速了声子-声子散射率并缩短了声子寿命，引发了一种均匀应变不存在的全新声子散射机制。图3. 声子谱扩展增强声子散射率。（a）受应变梯度调制的声子色散示意图。（b）左侧，硅在不同弹性应变下的声子色散。右侧，应变梯度为0.118% /nm下声子谱扩展引发的声子散射率，τsg−1通过开发跨微米-原子尺度的实验表征技术，并结合第一性原理的理论模拟，该工作为长期以来有关非均匀应变对声子传输影响的难题提供了关键线索。因此，这项研究不仅清楚地揭示了非均匀应变对固体导热的调制机理，而且为基于应变工程的功能性器件的创新设计提供了重要思路。例如，基于应变梯度引起的晶格热导率降低，与此前已证明的载流子迁移率增强之间的协同作用，为开发高性能的热电转换器件提供一种新颖策略。此外，基于非均匀应变调制热导率可实现功能性热开关器件，用于动态控制热通量。杨林和岳圣瀛是该论文的共同第一作者，杨林、高鹏、杜进隆是共同通讯作者。合作者包括东南大学陈云飞课题组、北京大学戴兆贺课题组、北京大学宋柏课题组和美国范德堡大学Deyu Li课题组。北京大学杨林课题组主要研究方向为功能性热材料和器件，包括先进微纳结构设计制造，极端尺度导热微观机理表征与调控，超高温储热技术研发，高性能热功能器件制备。研究成果以第一作者或通讯作者发表于Nature、Nature Nanotechnology、 Science Advances、Nature Communications、Nano Letters等国际顶级期刊。杨林曾入选2021年国家高层次海外青年人才计划，获得2019Nanoscale 年度精选热门文章、2020PCCP年度 精选热门文章等奖项。

今天，小菲要跟大家分享一个使用FLIR红外热像仪做实验的有趣案例：德国耶拿弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所(Fraunhofer IOF)的研究人员开发了一套成像系统，通过两台高速、高分辨率单色成像仪和一台GOBO投影仪对物体进行三维检测。在碰撞测试、安全气囊展开等典型动态应用中，除快速空间变化过程以外，温度变化也扮演着重要的作用。高速3D热成像系统的工作原理德国耶拿弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所（简称“IOF”）主要从事光子学领域应用型研究，早在2016年就开发了一款高速3D成像系统。该系统由两台立体排列的高速立体黑白成像仪和一台自行研发的主动照明GOBO投影仪组成。自2019年以来，其还引入FLIR科学成像仪（FLIR X6900sc 超晶格 长波热像仪，该热像仪支持高达1000 Hz的帧速率和640×512像素的分辨率），推出了一款高速3D热成像系统。高速3D成像系统基于能灵敏感知可见光谱范围(VIS)的两台单色成像仪。二者以12,000 Hz的帧速率和1百万像素的分辨率工作——较低分辨率下还可实现更高帧速率。但两台成像仪尚无法以所需质量标准产生有意义的3D数据。此外还要借助一种复杂的照明系统，超快投射条纹图案序列，这些图案类似于常规正弦条纹，只是其宽度会不定期变化。将重建的3D数据与来自FLIR X6900sc SLS高速热像仪的2D数据相结合，生成三维高速红外图像。FLIR X6900sc超晶格探测器在长波红外范围内运行，因此在GOBO投影仪光源发出辐射的可见和近红外波长范围内不敏感。由于投射的非周期性正弦图案对物体的加热也无关紧要，因此GOBO投影仪不会影响红外成像。FLIR X6900sc SLS丨LWIR高速红外热像仪FLIR X6900sc SLS是一款面向科学家、研究人员和工程师的超快速、高灵敏度的红外热像仪。这款热像仪拥有先进的快门释放功能，搭载额外SSD硬盘后，其内置内存能发挥出超强的记录能力，无论是在实验室，还是测试现场，它都能捕捉到质量超群的高速事件定格图像。可谓一机在手，万事无忧。FLIR X6900sc超晶格长波红外热像仪在640×512像素的全尺寸格式下，记录速率高达1,004帧/秒，在最小局部图像格式下，记录速率高达29 kHz。使用这些热像仪，可以在内置内存中记录长达26秒的全帧格式数据，图像丝毫无损。凭借应变超晶格(SLS) 长波红外探测器，FLIR X6900sc SLS可实现比其他X6900s型号约短12倍的积分时间和更大的动态范围。新型系统的测量与计算在测量过程中，三台成像仪同时记录图像数据。来自黑白成像仪的数据与GOBO投影仪的非周期性条纹投影相结合，产生实际3D图像，然后计算出10对一组的图序列，以形成3D图像。这种“3D重建”会形成空间形状，然后将FLIR长波热像仪的红外图像数据叠加到该空间形状上，以便在映射过程中将温度值分配给空间坐标。当然，在测量之前，需要对由可见光成像仪和长波热像仪组成的系统进行校准。为此，IOF团队使用了带有规则的开环和闭环网格的校准板。为确保即使在温度分布均匀的条件下，仍能在可见光谱范围和长波红外中检测到这些结构，圆和背景选用了具有不同反射率(可见光)发射率(长波红外)的材料。耶拿的研究人员通过印刷电路板找到了解决该问题的方法。为此，他们开发了一款非同寻常的电路板，由规则的开环和闭环网格组成，而不是由电气组件之间的电气连接组成。高速3D热成像系统的实际应用IOF的新型高速3D热成像测量系统旨在将高动态空间3D与红外数据结合起来。运动中的运动员、碰撞测试、安全气囊展开等超快速流程不仅有表面形状的快速变化，也有局部温度的变化，过去无法同时捕获这些变化，该系统首次实现了这一目标。目前，该系统已经过各种情景的测试，其中包括篮球运动员运球（不仅会使球变形，还会引起热量）：还有用于测量安全气囊展开时的温度变化和空间表示，系统在距离3米处对高速过程记录半秒钟。将三维数据与热成像信息结合后，不仅可以清楚地看到安全气囊展开后的温度，还能获得时间点和空间坐标信息。借助这些信息可以减少和防止安全气囊展开导致驾驶员受伤的风险。IOF研究团队的Martin Landmann确信：高分辨率3D数据和快速热成像图像相结合的应用场景十分广泛。Martin Landmann解释道：“举例来说，通过观察碰撞测试，研究变形和摩擦过程，或者研究超快速的热相关事件，比如安全气囊触发时的爆炸或者开关柜中的爆炸，我们可以获得非常有用的信息。”他强调称，他们正在不断地开发和优化系统。可见，将来我们有望看到弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所团队的更多创新研究成果。FLIR X6900sc热像仪对于目前的长波红外或中波红外探测器，应变层超晶格（SLS）探测器提供更快的快照速度、更宽的温度频段和更好的均匀性。这款热像仪具有高级触发功能和内置RAM/SSD记录功能，配有一个四插槽电动滤片轮，可以在实验室环境下和测试范围内对高速事件实现画面定格功能。

p style=" text-align: center " /p p style=" text-align: center" img style=" width: 345px height: 500px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/fed9f818-9b0d-4cf1-87d7-33b2037e3c09.jpg" title=" 1.jpg" height=" 500" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 345" / /p p style=" text-align: center " strong 超纯水介质慢应变速率应力腐蚀试验机YYF /strong br/ /p p 　 strong 　1.生产厂商 /strong /p p 　　上海百若试验仪器有限公司 /p p 　 strong 　2.采购单位 /strong /p p 　　原子能科学研究院 /p p 　 strong 　3.主要功能 /strong /p p 　　阻尼器、助力器耐久性能测试 /p p 　　加载波形正弦运动规律，编程循环嵌套不低于3层 /p p 　　对阻尼器、助力器进行力——位移功量图绘制，力——位移——时间曲线图绘制 /p p 　　产品具有轴向疲劳加载、侧向同时加载的功能 /p p 　 strong 　4.产品技术特点 /strong /p p 　　1) 采用高集成度、强大的控制、数据处理能力、高可靠性控制测量系统。 /p p 　　2) 采用基于神经元自适应PID算法的全数字、三闭环(力、变形、位移)控制系统，实现力、变形、位移全数字三闭环控制，各控制环间可自动切换，并在各方式间切换时实现无冲击平滑过渡。 /p p 　　3) 可进行定位移、定速度、定应变、定应变速率、定负荷、定负荷速率等多闭环控制模式。 /p p 　　4) 高精准24Bit数据采集系统，高分辨率，可扩展至8路AD采集。 /p p 　　5) 试验过程中实时显示滞回环曲线。 /p p 　　6) 试验过程中显示负荷、位移峰值谷值变化情况。 /p p 　　7) 试验过程中显示动态波形加载曲线。 /p p 　　8) 采用DCPD(直流电位法)在腐蚀介质系统中测量裂纹长度，进一步提供金属材料在腐蚀介质中的裂纹扩展速率指标。 /p p 　 strong 　5.产品技术参数 /strong /p p 　　最大试验力：50kN /p p 　　试验力测量范围：1%~100% /p p 　　加载头移动速度：10mm/s~1x10-6/s /p p 　　疲劳加载波形：正弦波，三角波 /p p 　　工作最大压力：20MPa /p p 　　试验釜内温度：350℃ /p p 　　加载头位移分辨率：0.05μm /p p 　 strong 　6.产品应用介绍 /strong /p p 　　采用YYF-50客户进行金属材料在环境诱导下的腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳失效的检测及评价。在整个核电材料领域，材料服役性能的评价、表征等贯穿于核电站设计、建设和运行的整个阶段。基于材料服役性能评价，明确材料应力腐蚀、环境疲劳等失效规律，预测材料的服役性能，评价关键部件的服役安全性，制订关键材料的服役、失效的预防与缓解提供了重要的技术测试平台。采用YYF-50慢应变速率应力腐蚀试验机，客户根据服役的条件，在水化学回路系统上调节PH值，溶解氧DO，电导率等参数，并设置应变或应力控制模式，加载波形及加载频率等参数，试验机即可按规定参数进行试验加载，水化学回路循环，高压釜加热等工作，最终检测出材料在腐蚀环境下的裂纹扩展速率等参数。客户在使用这台设备期间，完成了相关材料的应力腐蚀及腐蚀疲劳的评价。 /p

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp 由中兴通讯股份有限公司牵头的国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”重点专项“分布式光纤应变监测仪”项目经过近两年的努力，突破了高空间分辨率技术、超长距离测量技术和高精度布里渊信号处理等关键技术，开发出分布式光纤应变监测仪样机。近日，项目顺利通过了科技部高技术中心组织的中期检查。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 分布式光纤传感以光纤作为传感器，其测量参数包括应变和温度等，可以实现空间上的连续测量，监测点位可达百万个，测量距离可达百公里，具有传统点式传感器不可比拟的优势，是大尺度基础设施结构健康监测和大范围地质灾害监测最有效的技术手段。目前国内高性能分布式光纤传感监测仪主要依赖国外进口，国内还不能实现厘米级超高空间分辨率和百公里超长距离产品供货。该项目通过采用差分脉冲对技术和双频激光扫描技术，所开发的可工程化应用的分布式光纤应变监测仪，具有厘米级空间分辨率和百公里测量距离，已成功应用于油气管道、高速铁路、高压输电线、大型桥梁和山体滑坡监测等领域，中国公路学会组织的科技成果鉴定认为该项目整体技术达到了国际领先水平。开展分布式光纤应变监测仪的自主化研究，对于提高我国大型基础设施、大型结构装备和地质灾害的安全监测能力，提升公共安全水平，以及减小经济损失和社会影响具有重要意义。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该项目下一步将加强仪器小型化设计，提高产品的工程使用灵活性；进一步加快工程应用示范及产业化推广等工作。& nbsp /p

仪器简介：DIC（Digital Image Correlation）数字图像相关技术是一种非接触式测量材料全场应变、位移的光学测量技术，该技术几乎适用于任何材料且测试面积广、结果精确。Dantec DIC Q-400丹迪公司研发生产的一款测量材料表面位移与应变的标准DIC设备，该设备不与被测物体表面发生接触，通过追踪物体表面的散斑图像，实现变形过程中物体表面三维坐标、位移场和应变场的测量。该设备几乎适用于任何材料且测量范围广、测量精度高。技术参数：测量维度：二维、三维测量区域：1mm×1mm—1m×1m（该区间外也可测量，但测量精度会相应下降）测量精度：位移（1μm），应变（0.01%）主要特点：精度高、测量范围广、无接触、方便使用创新点：1、新型的光学测量仪器，无接触测量材料的位移和应变 2、测量结果准确，每个结果均含有一个置信区间 3、测量时间短，系统操作简单、标定程序简单

p 　　动态热机械分析(或称动态力学分析)是在程序控温和交变应力作用下，测量试样的动态模量和力学损耗与温度或频率关系的技术，使用这种技术测量的仪器就是动态热机械分析仪(Dynamic mechanical analyzer-DMA)。 br/ /p p 　　DMA仪器的结构及重要部件如图所示： /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/26b5a0aa-c61a-4937-9512-91ce4103c5fd.jpg" title=" DMA结构.jpg" width=" 400" height=" 238" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 400px height: 238px " / /p p style=" text-align: center " strong DMA的结构示意图(左：一般DMA的结构 右：改进型DMA的结构) /strong /p p style=" text-align: center " 1.基座 2.高度调节装置 3.驱动马达 4驱动轴 5.(剪切)试样 6.(剪切)试样夹具 7.炉体 8.位移传感器(线性差动变压器LVDT) 9.力传感器 /p p 　　DMA核心的部件有驱动马达、试样夹具、炉体、位移传感器、力传感器。 /p p strong 驱动马达 /strong —以设定的频率、力或位移驱动驱动轴 /p p strong 试样夹具 /strong —DMA依据所选用夹具的不同，可采用如图所示的不同测量模式： /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/18bffd85-0be9-4361-927f-8be409b209c8.jpg" title=" DMA测量模式.jpg" width=" 400" height=" 152" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 400px height: 152px " / /p p style=" text-align: center " strong DMA测量模式 /strong /p p style=" text-align: center " 1.剪切 2.三点弯曲 3.双悬臂 4.单悬臂 5.拉伸或压缩 /p p strong 炉体 /strong —控制试样服从设定的温度程序 /p p strong 位移传感器 /strong —测量正弦变化的位移的振幅和相位 /p p strong 力传感器 /strong —测量正弦变化的力的振幅和相位。一般DMA没有力传感器，由传输至驱动马达的交流电来确定力和相位 /p p strong 刚度、应力、应变、模量、几何因子的概念： /strong /p p 　　力与位移之比称为刚度。刚度与试样的几何形状有关。 /p p 　　归一化到作用面面积A的力称为机械应力或应力σ(单位面积上的力)，归一化到原始长度L sub 0 /sub 的位移称为相对形变或应变ε。应力与应变之比称为模量，模量具有物理上的重要性，与试样的几何形状无关。 /p p 　　在拉伸、压缩和弯曲测试中测得的是杨氏模量或称弹性模量，在剪切测试中得到的是剪切模量。 /p p 　　在动态力学分析中，用力的振幅FA和位移的振幅LA来计算复合模量。出于实用的考虑，用所谓的几何因子g将刚度和模量两个量的计算标准化。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/feb82561-d2c4-43db-a8c4-44864e46f3b1.jpg" title=" DMA-1.jpg" / /p p 可得到 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/c69705fc-1d40-430b-ab24-80b16e80df41.jpg" title=" DMA-2.jpg" / /p p F sub A /sub /L sub A /sub 为刚度。所以测定弹性模量的最终方程为 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/08ff85ae-0c32-4333-a18d-1aef926a698d.jpg" title=" DMA-3.jpg" / /p p 模量由刚度乘以几何因子得到。 /p p 　　各种动态热机械测量模式及几何因子的计算公式见下表： /p p style=" text-align: center " 表1 DMA测量模式及其试样几何因子的计算公式 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/1a1ebfe9-d3d3-4205-b263-c6348668361f.jpg" title=" DMA测量模式及其试样几何因子的计算公式.jpg" width=" 400" height=" 276" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 400px height: 276px " / /p p 　　注：表中b为厚度，w为宽度，l为长度。 /p p strong DMA测试的基本原理： /strong /p p 　　试样受周期性(正弦)变化的机械振动应力的作用，发生相应的振动应变。测得的应变往往滞后于所施加的应力，除非试样是完全弹性的。这种滞后称为相位差即相角δ差。DMA仪器测量试样应力的振幅、应变的振幅和应力与应变间的相位差。 /p p 　　测试中施加在试样上的应力必须在胡克定律定义的线性范围内，即应力-应变曲线起始的线性范围。 /p p 　　DMA测试可在预先设定的力振幅下或可在预先设定的位移振幅下进行。前者称为力控制的实验，后者称为位移控制的实验。一般DMA只能进行一种控制方式的实验。改进型DMA能在实验过程中自动切换力控制和位移控制方式，保证试样的力和位移变化不超出程序设定的范围。 /p p strong 复合模量、储能模量、损耗模量和损耗角的关系： /strong /p p 　　DMA分析的结果为试样的复合模量M sup * /sup 。复合模量由同相分量M& #39 (或以G& #39 表示，称为储能模量)和异相(相位差π/2)分量M& #39 & #39 (或以G& #39 & #39 表示，称为损耗模量)组成。损耗模量与储能模量之比M& #39 & #39 /M& #39 =tanδ，称为损耗因子(或阻尼因子)。 /p p 　　高聚物受到交变力作用时会产生滞后现象，上一次受到外力后发生形变在外力去除后还来不及恢复，下一次应力又施加了，以致总有部分弹性储能没有释放出来。这样不断循环，那些未释放的弹性储能都被消耗在体系的自摩擦上，并转化成热量放出。 /p p 　　复合模量M sup * /sup 、储能模量M& #39 、损耗模量M& #39 & #39 和损耗角δ之间的关系可用下图三角形表示： /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/51080aa0-2961-4541-81f5-b04011690e46.jpg" title=" 复合模量三角形关系.jpg" width=" 400" height=" 191" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 400px height: 191px " / /p p 　　储能模量M& #39 与应力作用过程中储存于试样中的机械能量成正比。相反，损耗模量表示应力作用过程中试样所消散的能量(损耗为热)。损耗模量大表明粘性大，因而阻尼强。损耗因子tanδ等于黏性与弹性之比，所以值高表示能量消散程度高，黏性形变程度高。它是每个形变周期耗散为热的能量的量度。损耗因子与几何因子无关，因此即使试样几何状态不好也能精确测定。 /p p 　　模量的倒数成为柔量，与模量相对应，有复合柔量、储能柔量和损耗柔量。对于材料力学性能的描述，复合模量与复合柔量是等效的。 /p p & nbsp & nbsp 通常可区分3种不同类型的试样行为： /p p 纯弹性—应力与应变同相，即相角δ为0。纯弹性试样振动时没有能量损失。 /p p 纯粘性—应力与应变异相，即相角δ为π/2。纯粘性试样的形变能量完全转变成热。 /p p 粘弹性—形变对应力响应有一定的滞后，即相角δ在0至π/2之间。相角越大，则振动阻尼越强。 /p p & nbsp & nbsp DMA分析的各个物理量列于下表： /p p style=" text-align: center " 表2 DMA物理量汇总 /p table border=" 1" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" align=" center" tbody tr class=" firstRow" td width=" 284" style=" border-right: none border-bottom: none border-left: none border-top: 1px solid windowtext padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:宋体" 应力 /span /p /td td width=" 284" style=" border-right: none border-bottom: none border-left: none border-top: 1px solid windowtext padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " σ(t)=σ sub A /sub sinωt=F sub A /sub /Asinωt /span /p /td /tr tr td width=" 284" style=" border-width: initial border-style: none border-color: initial padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:宋体" 应变 /span /p /td td width=" 284" style=" border-width: initial border-style: none border-color: initial padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " ε(t)=ε sub A /sub sin(ωt+δ)=L sub A /sub /L sub 0 /sub sin(ωt+δ) /span /p /td /tr tr td width=" 284" style=" border-width: initial border-style: none border-color: initial padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:宋体" 模量 /span /p /td td width=" 284" style=" border-width: initial border-style: none border-color: initial padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " M*(ω)=σ(t)/ε(t)=M’sinωt+M’’cosωt /span /p /td /tr tr td width=" 284" style=" border-width: initial border-style: none border-color: initial padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:宋体" 模量值 /span /p /td td width=" 284" style=" border-width: initial border-style: none border-color: initial padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " |M*|=σ sub A /sub /ε sub A /sub /span /p /td /tr tr td width=" 284" style=" border-width: initial border-style: none border-color: initial padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:宋体" 储能模量 /span /p /td td width=" 284" style=" border-width: initial border-style: none border-color: initial padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " M’(ω)=σ sub A /sub /ε sub A /sub cosδ /span /p /td /tr tr td width=" 284" style=" border-width: initial border-style: none border-color: initial padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:宋体" 损耗模量 /span /p /td td width=" 284" style=" border-width: initial border-style: none border-color: initial padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " M’’(ω)=σ sub A /sub /ε sub A /sub sinδ /span /p /td /tr tr td width=" 284" style=" border-top: none border-right: none border-left: none border-bottom: 1px solid windowtext padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:宋体" 损耗因子 /span /p /td td width=" 284" style=" border-top: none border-right: none border-left: none border-bottom: 1px solid windowtext padding: 0px 7px " p style=" text-align:center" span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " tanδ=M’’(ω)/M’(ω) /span /p /td /tr /tbody /table p strong 温度-频率等效原理 /strong /p p 　　如果在恒定负载下，分子发生缓慢重排使应力降至最低，材料因此而随时间进程发生形变 如果施加振动应力，因为可用于重排的时间减少，所以应变随频率增大而下降。因此，材料在高频下比在低频下更坚硬，即模量随频率增大而增大 随着温度升高，分子能够更快重排，因此位移振幅增大，等同于模量下降 在一定频率下在室温测得的模量与在较高温度、较高频率下测得的模量相等。这就是说，频率和温度以互补的方式影响材料的性能，这就是温度-频率等效原理。因为频率低就是时间长(反之亦然)，所以温度-频率等效又称为时间-温度叠加(time-temperature superposition-TTS)。 /p p 　　运用温度-频率等效原理，可获得实验无法直接达到的频率的模量信息。例如，在室温，几千赫兹下橡胶共混物的阻尼行为是无法由实验直接测试得到的，因为DMA的最高频率不够。这时，就可借助温度-频率等效原理，用低温和可测频率范围进行的测试，可将室温下的损耗因子外推至几千赫兹。 /p p strong 典型的DMA测量曲线： /strong /p p 　　DMA测量曲线主要有两大类，动态温度程序测量曲线和等温频率扫描测量曲线。 /p p 　　动态温度程序测量曲线，是在固定频率的交变应力条件下，以一定的升温速率(由于试样较大，通常速率较低，以1~3K/min为佳)，进行测试。得到的是以温度为横坐标、模量为纵坐标的图线，图中可观察储能模量G& #39 ，损耗模量G& #39 & #39 ，和损耗因子tanδ随温度的变化曲线，反应了试样的次级松弛、玻璃化转变、冷结晶、熔融等过程。 /p p 　　等温频率扫描测量曲线，是在等温条件下，进行不同振动频率应力作用时的扫描测试。得到的是以频率为横坐标、模量为纵坐标的图线，图中可观察储能模量G& #39 ，损耗模量G& #39 & #39 ，和损耗因子tanδ随频率的变化曲线。等温测试的力学松弛行为与频率的关系又称为力学松弛谱，依据温度-频率等效原理，可将不同温度条件下的力学松弛谱沿频率窗横向移动，来得到对应于不同温度时的模量值。 /p

今天在韩国锦湖轮胎第三台DMTS在其亚洲最大的新建研发机构锦湖轮胎中国研发中心安装调试完毕! 在最近的10多年来,所有的国际一流橡胶轮胎生产公司(前20名)的研发中心都购置了多台DMTS,如普里斯通、米其林、固特异、韩泰、大陆、倍耐力、锦湖等等,并且由于其性能的卓越性,近年来已经成为F1赛车专用轮胎唯一的动态力学测试分析检测仪器. 近年来,在中国也有多家橡胶轮胎用户佳通,玲珑,青岛科技大学配置了该仪器. 由于材料的动态力学性能测试对于力值大小和应变范围的要求最高，因此这两个指标决定了仪器的性能好坏,德国GABO公司制造生产的高级动态热力学谱仪DMTS,由于采用了独有的双驱动器代替了先前的一个单一驱动器(动态和静态不分,互相影响,测试数据不准确),是目前市场上测试范围最宽的高级动态力学分析仪DMA,并且最高温度可以达到1500C,因而是目前全世界高级用户首选的一直在塑料、橡胶、轮胎、复合材料以及航空航天材料领域享有盛名,除了包括DMA/DMTA的功能,并具有更多的独到功能.其众多用户如,GE,拜耳,巴斯夫,德固赛,道化学,汉高,杜邦等等.在大力值和大应变的DMA的领域, 近三年来,已有二十多年DMA销售和服务经验的瑞特恩科技公司作为其中国总代理,为佳通,玲珑,青岛科技大学,拜耳,杜邦等十多个用户配置了该仪器,并且提供了良好的售后服务.

近日，广东省科学院化工研究所研究员曾炜团队在国家自然科学基金项目等的资助下，在双应变-温度传感器性能研究方面取得新进展。相关研究发表于Composites Part A。张静斐为该论文第一作者，曾炜为通讯作者。 　　在目前的双应变-温度传感器研究中，一般是将应变/温度敏感的导电材料，如金纳米粒子、氧化石墨烯和碳纳米管等引入弹性体或水凝胶来实现的。由于弹性体的伸展性差和导电材料的不透明性限制了其在大应变和可视化设备中的应用。而离子导电水凝胶具有透明度高、柔韧性好的优点，可以实现基于三维网络离子传输的同时，利用其电导率随应变和温度的变化而实现应变-温度双重传感，为传感器的多功能化提供了广阔应用前景。 　　研究人员通过自由基聚合，在氯化锂和甘油的存在下，制备了具有良好应变和温度敏感性的可拉伸离子导电性水凝胶。氯化锂的强离子水化作用和水分子、甘油形成强氢键协同作用从而抑制了冰晶的生成，使水凝胶具有优异的抗冻能力，能在-30 ℃~ 80 ℃的较宽温度范围内检测温度的变化。该水凝胶在36.5~40 ℃范围内的温度灵敏度为5.51 %/℃，检测限为0.2 ℃，并具有良好的升温-降温循环稳定性。 　　此外，水凝胶传感器在2000%的宽应变范围内具有良好的线性，可以达到17.3的高灵敏度，并具有低至1%的检测下限。利用该方法制备的应变-温度双重刺激响应水凝胶，在人体运动监测、发热检测等可穿戴设备中具有很大的应用潜力。

德国巴赫热分析公司的世界领先产品--DIL805A/D动态高低温相变仪拥有世界上众多的金属研究的用户，在相变研究领域独占鳌头。日前，马鞍山钢铁集团公司经过反复的调研论证，已经和德国巴赫公司的中国总代理-北京仪尊时代科技有限公司(Esum Technology Limited)签署了购买合同。成为我国首个与欧美国家同步使用最先进的相变研究手段从事钢铁材料研究的中国企业。该设备可以模拟钢铁材料在加工处理过程中的不同应力、应变状态及不同受力条件下的相变行为。从而绘制出不同条件下的TTT、CCT等曲线。希望这台设备将成为马钢集团钢铁材料的开发和研究的得力帮手。 　　有关该项技术的详细介绍，请登陆www.esum.com.cn或电话咨询：010-84831960。

在智能可穿戴电子领域，稳定耐用的柔性可拉伸导体仍然是一个巨大的挑战。尤其是在人体表皮生理信号的收集过程中，稳定的可拉伸电极可以实现长时间精准的信号收集。目前无论是表面结构设计型、导电材料复合型还是本真可拉伸型电极，均难以实现在动态变形下稳定的电性能。所以，制备具有高稳定电性能的电极仍然是一个极大的挑战。近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电功能材料与器件团队在李润伟研究员的带领下，受到人工渔网启发，模仿“水膜-鱼网”结构设计了具有柔性自适应导电界面的超稳定可拉伸电极，提出利用静电纺丝法构建液态金属聚氨酯（TPU）二维“仿水膜-鱼网”结构薄膜，实现了极低初始方阻（52mΩ sq-1），解决了弹性电极中导电率和拉伸率不可兼容、循环变形下电性能不稳定的问题，应变下通过网孔束缚液态金属对外扩展和液态金属在网孔内自适应流动，实现低电阻高稳定可拉伸电极，该电极的动态自适应导电网络使其具备极强的动态循环稳定性，经过33万次100%拉伸应变循环，电阻仅变化5%，同时电极面对冷热、酸碱、浸水等服役环境变化，依旧表现出稳定的电性能。该电极可应用于全天候人体表皮生理信号监测、智能人机交互界面及人体热疗等方面，有望助力基于万物互联的可穿戴健康监护系统及电子皮肤人机交互界面的持续发展。该工作以题为“Ultra-robust stretchable electrode for e-skin: In situ assembly using a nanofiber scaffold and liquid metal to mimic water-to-net interaction”的论文发表在InfoMat上（DOI:10.1002/inf2.12302），并被选为封面文章（如图1）。图1 液态金属基超稳定可拉伸电极及应用InfoMat封面该团队通过TPU静电纺丝与液态金属微纳颗粒静电喷涂的原位复合，以及随后进行的机械激活，制备出了仿“水膜-渔网”的可拉伸电极。该电极的超稳定电性能，主要得益于其仿“水膜-渔网”结构，也可称之为液态金属动态自适应网络，由于液态金属薄膜与聚氨酯纺丝网的交互作用，在小应变下（＜100%的应变），SEM原位观察到液态金属可以实现自适应流动，卸去局部应力，保持导电薄膜连续；在大应变下（300%-500%的应变），尽管液态金属薄膜会破裂，但聚氨酯纺丝网会阻碍其断裂，并使其包裹在纤维丝上，保持整体导电网络的稳定性（图2a）。作者还透彻分析了液态金属微米纳米球如何通过尺寸效应和微观捆绑结构实现与纳米纤维丝网络的复合。图2 超稳定电极机理及应用同时，通过局部激活和激光切割，可以将聚氨酯液态金属复合材料制备成多层多功能人机交互系统。上层电容传感阵列连接在集成电路和蓝牙模块上，能够实现无线信号传输，在拉伸和弯曲状态下均可以对计算机输入无线指令，可应用在智能可穿戴游戏控制等方面。下层蛇形加热器展现出良好的电热稳定性，可以实现45℃-90℃稳定加热，并展现出优异的加热循环性能，可用于人体加热治疗。局部激活的电路对机械破坏展现出很好的抵抗性，该电极可以实现即时导电通路重建，使电极在破坏、拉伸状态下依然能够正常工作（图2b）。该电极展在100%应变拉伸循环试验中，在第一次拉伸电阻发生了轻微升高，后续的33万次循环中，其电阻仅上升了5%，该特性要远远优于其他已报道的可拉伸电极（图2c）。该电极可以实现人体表皮全天候心电信号检测。首先，通过体外细胞实验证明该电极具有良好的生物相容性和极低毒性，可以用在人体表皮进行心电监测，其展现出与商用凝胶电极类似的阻抗性能。其次，该工作根据人的活动场景，为电极设计了静态、运动、水冲三个工作场景，超稳定电极展现出优异的心电信号收集能力，信噪比达到0.43，尤其是在水冲环境中，该电极依然能够收集到稳定、清晰的心电信号，可用于全天候心电诊断（图3）。图3 超稳定电极的生物相容性探究及其在全天候心电监测方面的应用综上所述，该工作设计并实现了超耐用可拉伸电极，基于液态金属和聚氨酯纺丝网络构成的自适应导电网络，实现了在机械变形、长时间氧化、循环浸没、加热、酸碱浸泡等各种环境刺激下的稳定电性能，尤其实现了33万次拉伸循环下极小的电阻变化。该电极可以应用在全天候心电监测、智能人机交互系统等方面，在长时间体表电子皮肤、体内生物相容性器件等方面展现出很大的潜力。该工作由曹晋玮、梁飞、李华阳等在李润伟研究员与宁波诺丁汉大学朱光教授的共同指导下完成，并得到国家自然科学基金（51525103、51701231、51931011），宁波市3315人才计划，宁波科技创新2025项目（2018B10057），浙江省自然基金（LR19F010001），浙江省杰出青年科学基金（2016YFA0202703）中国科学院王宽诚教育基金（GJTD-2020-11）的支持。

为了解决客户在试验机使用过程中不方便使用引伸计而必须粘贴应变电阻片（应变计）进行应变测试的问题，近日，三思纵横上海公司成功研发了DSCC-5000K专用扩展型应力应变测试仪。 　　应力应变测试仪DSCC-5000K是与试验机配套的高速静态应变数据采集仪，同步采样频率60Hz，最小应变分辨率0.1&mu m，广泛应用于拉伸、压缩或弯曲等试验，能够精确测量材料变形，绘制力-变形、变形-时间、变形-变形等曲线。 　　该设备既可用于液压试验机，也可用于电子试验机，并可满足多通道应变采集与试验机加载力值采集同步。 　　三思纵横上海分公司研制成功的应力应变测试仪已经成功地应用于多家建筑工程质检公司。 　　更多新品资讯，请咨询三思纵横驻各地办事处销售人员或服务热线：400-882-3499。

2014年，上海百若持续创新，研发再上新台阶。YYF-50系列慢应变速率应力腐蚀试验机产品的研发，填补了国内在材料应力腐蚀敏感性研究领域的空白，产品处于国内领先，可完全替代同类的进口产品。该产品已在高温高压的超临界水介质环境、高温铅铋液态介质环境、高温盐溶液介质环境、高温高压H2S介质环境、海水环境等腐蚀介质应用领域成功使用，可进行慢应变速率腐蚀拉伸、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀裂纹扩展测量、精确裂纹预置、低周疲劳等试验。在腐蚀介质环境下进行材料的腐蚀裂纹扩展测量存在较大技术困难，传统的COD法已不能实现测量应用，DCPD方法是腐蚀介质环境下测量裂纹扩展普遍推崇的方案，上海百若耗时多年进行研发和测试，完成了腐蚀介质环境下通过DCPD法精确测量材料裂纹扩展及扩展速率计算。该技术已成功在设备上安装使用，获得了用户的高度评价和认可。不断地研发投入和全面的科学测试，上海百若在应力腐蚀试验设备的销售推广取得了骄人的成绩，在诸多领域提供了试验设备：1. 高温高压超临界水，慢应变速率拉伸，腐蚀疲劳，腐蚀裂纹扩展测量。2. 高温铅铋溶液，慢应变速率拉伸，腐蚀疲劳。3. 高温盐溶液，慢应变速率拉伸，腐蚀疲劳。4. 高温高压H2S，慢应变速率拉伸，腐蚀疲劳，腐蚀裂纹扩展测量。5. 常温常压海水，慢应变速率拉伸。6. 微高温海水，慢应变速率拉伸，腐蚀疲劳，腐蚀裂纹扩展测量。7. 硫氰酸溶液，慢应变速率拉伸，氢脆敏感试验。2014年，加氧测量与控制水化学系统完成了设计和组建，并成功运行，系统得到了用户肯定和赞许。用于测试金属在高温高压水环境下腐蚀速率的静态高压釜，在运行期间水化学一直变化，水中的溶解氧逐渐降低，溶解氢浓度逐渐升高，溶解进入的金属离子使水的电导率逐渐升高。这样，静态高压釜一次实验的时间越长，测得的实验结果偏差越大。给高压釜系统添加一套水化学回路对于保证高压釜内的水质稳定非常重要。该系统能够在线监测溶解氧、电导率、pH值，并实现控制调节。上海百若是慢应变速率应力腐蚀试验机的国内唯一专业性研发公司，在诸多技术难点方面取得了成功突破，并在设备安全和长期稳定性方面做了大量的研究和测试，此类设备运行时间从1周到1、2年不等，运行时间长，设备的安全、可靠是首要考虑因素，我们在设备的各个方面设计了安全监测与保护，保障操作者、设备和试验的安全。在设备的研发过程中，我们与高校和研究院合作，得到了上海交通大学、中国科学院、中国原子能科学研究院、上海应用物理研究所、厦门大学等单位的大力支持和帮助，使得设备的研发取得突破性进展。慢应变速率应力腐蚀试验机应用范围广泛，主要研究材料在腐蚀介质环境下的腐蚀敏感特性，这些应用领域有：核电的一回路、二回路材料，热电材料，石化行业，海洋行业，汽轮机，及其它腐蚀性介质应用领域。

新型测量模具和对话式软件提高仪器的操作性 　精工电子纳米科技有限公司(简称：SIINT，社长：川崎贤司，总公司：千叶县千叶市)是精工电子有限公司(简称：SII，社长：镰田国雄，总公司：千叶县千叶市)的全资子公司，其主要业务是测量分析仪器的生产与销售。本公司于8月27日发售操作性以及可靠性大幅提升的动态热机械分析仪 「DMS7100」。　　 　　动态粘弹性测量法*1，，是一种热分析的科学方法。它主要用来分析塑料，橡胶弹性体，复合材料以及各种高分子材料力学特性。动态粘弹性测量不仅测量 杨氏模量*2及玻璃化转变*3，还可以获得关于聚合物的分子运动及分子结构的信息，在开发新材料上是不可缺少的测量方法。另外，工业材料的力学特性对产品 从基础开发到批量生产的加工过程中，都起着极为重要作用。也利用在材料的品质管理中。 本次发售的动态热机械分析仪「DMS7100」，沿袭了过去机型DMS 6100的性能及功能，提高了操作性和信赖性。新机型为了固定样品，改良了各种测量模具的形状，使之更方便样品的装卸。另外，通过对话式软件的「简单测量 导航」，将样品的拆装以及条件的设定明确地表示出来，这样，即使是第一次操作仪器的人也可以简单地进行操作测量。再加上通过「Lissajous」监控功 能能够观察到每个测量点的Lissajous图形，从而能够进行更高效率的测量。并且测量中的试样状态变化可以在CCD摄像头里观察，也能够通过样品观察 选项「DMS实时视图」来进行对应。作为日本国内顶级制造商，SIINT从1974年发售热分析仪器以来取得很多成就。这次的动态热机械分析仪「DMS7100」的加入，也为用户中广 受好评的SII的热分析仪器系列「EXSTAR70000」阵容的完善画上了完美的句号。今后我们将以促进功能性高分子材料为中心的新型工业材料的研究开 发及品质管理为目的来进行积极销售。 　　【DMS7100的主要特征】 　　1. 简易装卸样品的测量模具和对话型软件的便捷操作 通过对操作人员动作的研究，我们制作出能够对应各种形变模式的多种测量模具，并且改进了结构，以实现样品的便捷装卸。另外，从测量条件的设定到测量的开始 这一系列的操作通过插图的形式表示出来，这样即使是初学者也能够简单，准确的操作。　　 　　2. 通过Lissajous监控提高测量的可靠性 仪器配有的Lissajous监控功能可以测量过程中表示样品的应力和形变关系。还可以确认测量过程中样品不同测量点的实时变形状态。另外，通过 Lissajous图形的保存，在后期的数据解析时，可确认每个测量点上的样品变形状态，从而取得更加准确的数据。　　 　　3. 削减液化氮消费量的冷却装置 可以连接使用EXSTAR70000系列采用的全自动气体冷却装置。液化氮的消耗量可以削减约30%(本公司其他仪器比)，是环保型的冷却装置。4. 试样观察系统「实时视图DMS」(选配) 实时视图DMS，能够将测量中的试样状态变化通过连续的图像显示并保存。测量结束后，可以通过分析软件调取保存的图像，与温度和各种信号相对应，数据平滑 表示后进行分析。对于松弛现象等的技术评判，取得更加准确的数据提供支持。　　 　　【DMS7100主要规格】形变模式： 拉伸，双悬臂梁弯曲，单悬臂梁弯曲，3点弯曲，剪切， 薄膜剪切，压缩 测量模式 ： 动态测量・ 静态测量频率数 ： 正弦波振动时0.01～200Hz 　　合成波振动时 同时5频率 测量范围(贮藏弹性模量)： 105～1012Pa(拉伸)、105～1012Pa(双悬臂梁弯曲)、 106.5～1013.5Pa(3点弯曲)、103～109Pa(剪切)、 104～1010Pa(薄膜剪切)、105～109Pa(压缩)温度范围 ： -150～600℃ 升温速度 ： 0.01～20℃/min*1　动态粘弹性测量：对与试样施加随时间变化(振动)的应变或应力，测量由此发生的应力或应变，试样的力学性能的测量方法。*2　杨氏模量：固定一定粗细的棒的一侧，拉伸另一侧，棒的断面应力：σ和单位长度增长：ε之间有如下比例关系：σ=Eε。比例系数E即是杨氏模量。*3　玻璃化转变：对固体非晶材料进行加热时，在低温呈现如结晶态的高刚性低粘度状态，在某一温度范围内，刚度和粘度发生急剧变化，流动性增加，这一变化即为玻璃化转变。 以上

p style=" text-align: center " 耐驰科学仪器商贸(上海)有限公司 /p p 　　Gabo 公司是全球领先的大力值动态热机械分析仪器供应商，有40 多年的仪器设计及应用经验，其产品广泛用于轮胎、橡胶行业，是行业测试的标杆仪器。为了拓展产品应用领域，开拓更广泛的市场，Gabo公司于2015年与Netzsch合并，隶属Netzsch热分析业务部，主要产品有Eplexor系列(大力值、高温DMA)、Gabometer(压缩生热测试)和Gabotack(粘接强度测试)，其中Eplexor 系列应用最为广泛，涉及橡胶、聚合物、陶瓷、玻璃、金属、复合材料等领域，本文主要介绍了其原理、结构及应用。 /p p span style=" font-size: 20px " strong 原理 /strong /span /p p 　　Eplexor系列是大力值DMA 仪器，可以在动态或静态载荷的情况下对材料进行表征： /p p 　　1、动态载荷测试，是在样品上施加一定频率的周期应力，分析应变大小及施加的动态力与样品形变间的相位差，由此得到材料的动态性能，如刚度(弹性模量，E’)和阻尼(损耗模量，E’’)。为了模拟材料在实际工况下的受力方式，动态应力可以是正弦波、三角波，也可以是方波等。图1所示为正弦波应力作用下的应力(红色)和应变(蓝色)曲线，应力与应变的比值为复数模量，二者的相位差为δ，反应了材料变形的滞后程度。 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/3a83b8ed-d1aa-4af3-beaf-3f8672727b69.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图1、动态载荷下的应力应变曲线 /p p 　　在复数坐标内，复数模量与x轴的夹角即为δ，储能模量(E’)和损耗模量(E’’)分别是复数模量在实轴和虚轴的投影，tanδ为损耗因子，数值上等于E’/E’’，代表了材料的损耗特性。图2 显示了不同材料的相位差分布，金属材料最低，高聚物次之，液体、油类较高。 /p p style=" text-align: center " img title=" 2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/e0683e76-1d39-488f-8a4a-ffb9dddafaf5.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2、不同材料的相位差分布 /p p 　　2、静态载荷测试，是在样品上施加静态的应力/应变，分析样品尺寸/力随时间的变化，得到材料的蠕变/松弛性能或模量、强度等参数。 /p p span style=" font-size: 20px " strong 结构 /strong /span /p p 　　图3为Eplexor传感器结构示意图，与传统小力值DMA 相比，其最大的特点是静态力和动态力可以分别单独驱动，静态力通过伺服电机驱动，动态力通过电动振荡器产生，这样动态力和静态力可同时实现全量程加载(最大可达± 8000N)，在更宽广的载荷作用下研究材料的力学性能。为了保证不同载荷下的力值精度，可配备多个量程的力传感器，用户可自行更换。 /p p style=" text-align: center " img title=" 3.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/880e5240-e070-4759-a4c2-5a1ab72ac702.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图3、Eplexor结构 /p p 　　为了满足不同样品多种变形方式的要求，Eplexor配备了多种支架，测试可在压缩、拉伸、三点弯曲、四点弯曲、剪切、悬臂等多种模式下进行。此外，可以通过配置扩展附件，实现DEA与DMA 联用，得到力学性能的同时得到材料的介电性能 通过配置湿度附件，可以研究吸水对材料性能的影响 或通过浸入式容器，研究样品与水或油的接触导致的老化或增塑剂效应 通过配置UV 附件，研究材料的光老化或光固化反应。还可以配置自动进样器，提高测试效率。 /p p span style=" font-size: 20px " strong 应用 /strong /span /p p 　　Eplexor的应用覆盖众多领域，其中橡胶行业应用是其传统强项，发表的相关研究结果很多，本文对此不作过多展开，而主要侧重该仪器在复合材料、合金、陶瓷等领域的独特应用。作为一种新型的结构功能材料，纤维增强复合材料以其高强度、低密度的特性，得到越来越广泛应用。图4 所示为纤维增强材料的常规DMA 测试结果，可以看出在157.6 度前，材料的模量为140GMPa左右，与钛合金相当，在温度要求不高的领域可以取代传统金属。 /p p style=" text-align: center " img title=" 4.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/e3aeff96-ea7a-4b23-8bb4-ec22fea71cb2.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图4、纤维复合材料常规DMA 测试 /p p 　　但与金属类材料不同的是，复合材料在其弹性变形范围内，应力与应变之间不一定呈线性关系，而复合材料在工况过程中通常需要在有一定预载荷作用的情况下，再承受额外的动态交变载荷，如桥梁、飞机、汽车等，所以非常有必要对此类材料在不同动/静载荷作用下的性能进行研究。图5所示为对碳纤维复合材料进行动/静载荷扫描的三维结果，可以看出，材料的模量对载荷有非常明显的依赖性，静态载荷不变的情况下，模量随动态载荷增大而降低，而动态载荷不变的情况下，模量随静态载荷增大而增大，这可能是动/静载荷作用对复合材料内部变形机制的影响不同。 /p p style=" text-align: center " img title=" 5.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/ce078cac-b6e3-4c53-843d-ad5c64065dff.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图5、碳纤维复合材料的非线性力学行为 /p p 　　形状记忆合金，是一种加热到一定温度时低温下产生的形变会消除，并恢复到其原始形状的材料。由于其特殊的形状恢复功能，已被广泛应用于航空航天、医疗器械、机械电子等领域。此类材料在应用时，需要知道其发生形状转变的温度，而研究发现转变温度对载荷有一定的依赖性，因此有必要对工况载荷下的转变温度进行测试。图6为在不同预载荷作用下，对同一材料进行温度扫描的结果，测试采用拉伸模式，升温速率2K/min，频率10Hz，动态载荷保持20MPa不变，静态载荷从25MPa增大到250MPa，依次进行测试。静态载荷小于75MPa时，样品没有表现出明显转变，载荷超过100MPa时，随静态载荷增大，转变越来越明显，且转变温度逐渐提高，说明预加载荷会诱发相变，且可能导致合金微观结构上的变化，从而推迟转变温度。 /p p style=" text-align: center " img title=" 6.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/acd9834f-582a-481a-87bb-6d32243c5b32.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图6、预载荷对形状记忆合金转变温度的影响 /p p 　　金属陶瓷类样品通常的工况温度较高(如1000 度以上)，且承受的载荷较大，传统的DMA 由于温度和力受限，无法检测材料在高温区的力学性能，采用Eplexor 的高温炉即可以轻松实现。图7 为金属陶瓷复合材料在三点弯曲模式下进行的温度扫描测试，红色和蓝色曲线分别代表样品尺寸和静态应变随温度的变化，可以看出在50N静态载荷作用下，1400℃左右样品尺寸发生明显变化，可能是材料内部金属组分的熔融导致样品软化，此在载荷下，材料无法应用于更高温度。若增大或减小载荷，可能会使软化点提前或延后。 /p p style=" text-align: center " img title=" 7.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/56b176c9-9aca-4b87-b755-6c3cd845b241.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图7、金属陶瓷复合材料的耐温性测试 /p p 　　综上，Eplexor是一款配置灵活、功能强大的动态热机械分析仪，可以在宽广的温度和载荷范围内满足各类材料的力学性能测试要求。 /p

晶体的机械形变会对其物理性质产生深远的影响。值得注意的是，即使是化学键几何形状很小的修改也可以完全改变磁交换相互作用的大小和符号，从而改变磁基态。来自华盛顿大学的徐晓栋教授课题组通过可以连续原位施加单轴张应力的装置在低温下使二维A型层状反铁磁半导体材料CrSBr产生了高达几个百分点形变。利用该装置，研究者实现了零磁场下应变诱导的可逆反铁磁-铁磁相变，及应变调控的自旋翻转过程。该工作为二维材料的磁性和其他电子态的应变调控创造了机会。该工作于2022年1月20日发表在nature nanotechnology上。该研究中涉及到了多种原位低温光谱的测量。为这些低温光学测量提供高稳定性低温及磁场环境的正是目前光学低温设备中的代表：OptiCool-超全开放强磁场低温光学研究平台和Montana超精细多功能无液氦低温光学恒温器。OptiCool-超全开放强磁场低温光学研究平台Montana超精细多功能无液氦低温光学恒温器全干式系统全自动软件控制，一键变温变场8个光学窗口超大磁场：±7T1.7K~350K全温区控温智能触摸屏，“一键式操作”2小时快速降温（300K-4.2K）5个光学窗口震动稳定性： ☛ 低温拉曼原位检测应变大小——基于OptiCool的低温拉曼测量研究者利用新的应变装置，通过对压电陶瓷施加电压来原位改变二维材料的单轴应变。为了估算CrSBr的应变大小，研究者比较了在应变区域和远离间隙的非应变区域的拉曼光谱。为此，该团队使用应变片异质结构校准了345 cm−1拉曼峰位(标记为P3)与压电陶瓷所加电压以及应变率之间的关系。校准得到的红移率为~4.2 cm−1每1%应变，与原理计算预测的~4.4 cm−1每1%应变相一致。图1：原位可调应变装置与拉曼测量应变率图2：应变诱导的反铁磁-铁磁相变☛ 低温PL光谱探测CrSBr磁性变化——基于Montana超精细多功能无液氦低温光学恒温器的PL光谱测量由于向RMCD对面外磁性比较敏感，而CrSBr是面内的A型反铁磁结构，因此用RMCD来测量磁性并不是一种好的方法，近期研究发现，激子光致发光（PL）和吸收谱对CrSBr的层间反铁磁和铁磁排列非常敏感。因此该工作中用低温PL光谱研究了CrSBr不同应变下的磁性态。图3：应变诱导的磁相变前后与磁场相关的PL光谱 ☛ 低温RMCD探测CrSBr自旋翻转过程——基于Montana定制型光学恒温器的RMCD测量在对CrSBr二维材料施加面外磁场时，自旋会逐渐翻转至面外方向。研究者发现，应变会导致自旋翻转过程发生剧烈的变化。利用低温限RMCD作为面外磁化的敏感探针，研究者测量了应力对自旋翻转的影响。图4：应变调控的面外磁翻转过程总结在此作中，研究者展示了新的技术手段以用来探测低温下原位可调的单轴应变对二维材料和异质结的影响。利用这一技术，研究者实现了对层状磁性半导体CrSBr磁性能前所未有的控制。研究结果表明利用自旋、电荷、晶格之间特的耦合作用可以用于制造二维器件，例如应力控制的磁阻开关、通过应变导致的磁性态反转对称性破缺实现调控二次谐波，或者零磁场下调控磁隧道结。利用应变的调控还可以扩展到范德瓦尔斯材料之外的其他二维材料、异质结、莫尔超晶格中，为应变调控开辟了广阔的前景。设备简介OptiCool超全开放强磁场低温光学研究平台OptiCool是Quantum Design于2018年2月新推出的超全开放强磁场低温光学研究平台，创新特的设计方案确保样品可以处于光路的关键位置。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达±7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔，高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。OptiCool是全干式系统，启动和运行只需少量氦气。全自动软件控制实现一键变温、一键变场、部窗口90°光路张角让测量更便捷；控温技术让控温更智能；新型磁体结合了超大均匀区与超大数值孔径。OptiCool让低温光学实验无限可能。OptiCool技术特点：▪ 全干式系统：完全无液氦系统，脉管制冷机。▪ 8个光学窗口：7个侧面窗口，1个部窗口；可升底部窗口▪ 超大磁场：±7T▪ 超低震动：Montana超精细多功能无液氦低温光学恒温器全球知名光学恒温器制造商Montana Instruments多年来为低温光学、量子信息等领域提供性能的光学恒温器而广受好评。作为低温光学恒温器的旗舰产品，Montana Instruments近推出了全新型号CryoAdvance系列。该系列的目标是助力科技工作者在先进材料和量子信息领域研究研究方面更进一步。CryoAdvance 50新特色▪ 自动控制：全新智能触摸屏系统，“一键式操作”，实时显示温度、稳定性、真空度等多种指标。▪ 模块化设计：多种配置可选，快速满足各种实验需求，后续升简单。▪ 多通道设计：基本配置已包含光学窗口+直流电学+高频电学通道。▪ 稳定性设计：新设计在变温和振动稳定性上进一步优化。CryoAdvance 50主要参数▪ 自动控温：3.2K - 350K 样品台▪ 温度稳定性：▪ 样品腔空间：Φ53 mm ×100 mm▪ 光学窗口：5个光学窗口，可选光纤引入▪ 水平光路高度：140 mm▪ 窗口材料：多种材质可选▪ 基本电学通道：20条直流通道。▪ 接口面板：双RF接口+25DC接口

对于生物医学研究，著名物理学家理查德费曼有句名言：“...很多基础生物学的问题是很容易被回答的；你只是需要看到它们就够了”。这句话一定程度上说明了直接观察的光学显微镜对于细胞生物学、发育生物学、免疫学、病理药理学等生物医学研究的重要性。但是受衍射极限的限制，传统光学显微镜的分辨率理论上只能达到光波长的一半。近20年来，超分辨荧光显微成像技术的出现有效打破了光学衍射极限的束缚。基于单分子定位技术的超分辨显微镜（SMLM）和受激发射损耗显微镜（STED）以及结构光照明超分辨显微镜（SIM）等技术在众多课题组的努力下都得到了长足发展，尤其是结构光照明显微镜由于成像速度快、光毒性小、无需特殊荧光标记等优势，已成为生命科学领域尤其是活细胞成像中最受欢迎的技术手段。近期，苏州医工所李辉课题组围绕着结构光照明超分辨显微成像方法、高保真SIM重构算法、以及国产化的SIM显微镜研制等方面取得了一系列重要进展。 　　三维成像方法因可以获取到更多的生物样品信息而备受关注。但是现有的三维成像不可避免的带来离焦模糊和时间分辨率差的问题，很难用于对样品的快速三维动态成像。为了实现对厚样品的快速三维成像，李辉课题组发展了基于数字微镜阵列器件(DMD)和液体变焦透镜（ETL）的结构光照明层切显微技术，并开发了基于两张原始图像的层切成像算法。该方法将传统的三维层切成像的速度提高了数倍以上，课题组利用该技术对斑马鱼和大脑血管的心血管系统进行了高速动态成像，清晰地显示了心脏跳动期的收缩-舒张过程以及腹部血管的蠕动特性。相关成果以“Four-dimensional visualization of zebrafish cardiovascular and vessel dynamics by a structured illumination microscope with electrically tunable lens”为题发表在Biomedical Optical Express（2020）上，其中博士生陈冲为论文第一作者。 　　图1 基于两张正反图像的结构光照明层切算法（左）；斑马鱼心脏跳动过程的快速三维成像（右）。 　　结构光照明超分辨成像技术在多种纳米尺度的亚细胞结构研究中已经得到广泛的应用。但是对于具有大动态范围的样本，例如聚集的细胞囊泡，样品中荧光较强的聚集性区域和亮度较弱的稀疏区域不能同时呈现。现有的SIM方法针对这种样品无法重建出高质量的图像。对此，李辉课题组提出了一种采用多重曝光采集的高动态SIM成像方法HDR-SIM，采集三组不同强度照明的SIM图像然后融合出一帧超分辨图像。用HDR-SIM，强度相差400多倍单个和聚集的荧光小球样本在同一张SIM超分辨图中可以同时观察到，并且对分辨率不会产生影响。在使用本方法观测不同尺度的细胞囊泡结构，单个小囊泡和大的囊泡聚集都可以同时获得清晰的分辨。相关成果以“High Dynamic Range Structured Illumination Microscope Based on Multiple Exposures”为题发表在Frontiers in Physics (2021)上，其中梁永为论文第一作者。 　　图2 高动态SIM成像原理（左）；“聚集-单个”的荧光小球高动态SIM成像（右）。 　　在结构光照明成像过程中，超分辨图像重建算法尤为关键。SIM重建算法的一些固有缺陷造成超分辨图像中经常出现重构伪影，使得SIM图像的保真度经常受到质疑，并且图像重建时需要完成一系列复杂的参数设定，限制着普通用户对SIM技术应用。李辉课题组开发了一种基于点频谱优化的高保真SIM重建算法。该算法有效克服了常规SIM算法极易产生重构伪影且光学层切能力差的问题，对不同质量原始数据的处理均能获得具有极少伪影和良好光学层切的高质量超分辨图像，有效提高了SIM成像的保真度。同时，该算法对OTF失配和用户自定义参数不敏感，使用生成的理论OTF和较少的参数即可重构高质量SIM图像，降低了SIM成像对实验实施和后处理重构的高要求，提升了算法对普通用户的友好度。相较于几种传统的SIM算法, HiFi-SIM算法对多种不同图像质量、不同样品复杂度、不同图像来源(商用设备/自主搭建SIM系统)的原始数据进行重建, HiFi-SIM均展现出了最少的重建伪影和最优的图像质量。相关成果以“High-fidelity structured illumination microscopy by point-spread-function engineering”为题发表在国际光学类顶级期刊Light: Science & Applications (2021) 上，其中文刚为论文第一作者。 　　图3 高保真结构光照明超分辨成像重建算法HiFi-SIM（左）；细胞结构HiFi-SIM与其他算法重建结果比较（右）。 　　李辉课题组自2014年以来一直专注SIM成像的技术创新、仪器研发和应用推广，开发了多种形式的结构光照明显微镜系统。最近，基于课题组最新的研究成果，研发了一套可集成于显微镜下层光路的结构光照明插件，具有结构紧凑、方便易用等特点。插件可配置国产倒置荧光显微镜，实现了SIM超分辨成像系统的国产化替代。首台机器已经于近期交付某大学用户进行试用。 图4 插件式结构光照明超分辨成像系统 　　以上工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金委项目的支持。

日前在中南林业科技大学流变力学研究所实验室设备采购招标中，高级动态热力学谱仪EPLEXOR 500N（DMTS/DMTA/DMA）以绝对明显的优势中标，这也标志着国内高校及科研院所也具备了水平最高和配置最全的DMA。 由于材料的动态力学性能测试对于力值大小和应变范围的要求最高，因此这两个指标决定了仪器的性能好坏,德国GABO公司制造生产的高级动态热力学谱仪DMTS,由于采用了独有的双驱动器代替了先前的一个单一驱动器(动态和静态不分,互相影响,测试数据不准确),是目前市场上测试范围最宽的高级动态力学分析仪DMA,并且最高温度可以达到1500C,因而是目前全世界高级用户首选的一直在塑料、橡胶、轮胎、复合材料以及航空航天材料领域享有盛名,除了包括DMA/DMTA的功能,并具有更多的独到功能. 在最近的10多年来,在中国用户还停留在以前是用受到局限的小力值DMA的水平上的时候，众多的国际一流大学的实验室和著名跨国大公司的研发中心都相继购置了多台高级动态热力学谱仪EPLEXOR。其众多用户如,GE,拜耳,巴斯夫,德固赛,道化学,汉高,杜邦等等. 并且由于其性能的卓越性,近年来已经成为F1赛车专用轮胎唯一的动态力学测试分析检测仪器.因而如普里斯通、米其林、固特异、韩泰、大陆、倍耐力、锦湖等等. 近年来,在中国也有多家橡胶轮胎用户佳通,玲珑,青岛科技大学配置了该仪器. 近三年来,已有二十多年DMA销售和服务经验的瑞特恩科技公司作为其中国总代理,为佳通,玲珑,青岛科技大学,拜耳,杜邦等十多个用户配置了该仪器,并且提供了良好的售后服务.

记者9日从北京航空航天大学李宜彬教授团队获悉，该团队首次利用自主研发的紫外-数字图像（UV-DIC）系统在超高温极端环境应变场测量领域实现了3000℃环境下的成功测量。相关研究成果近日发表于国际无损检测领域的权威杂志《无损检测与评价国际》上。25℃-3000℃散斑图：（a）T=25℃；(b)T=1100℃；(c)T=1500℃；(d)T=1900℃；(e)T=2100℃；(f)T=2300℃；(g)T=2500℃；(h)T=2700℃；(i)T=2900℃；(j)T=3000℃；(k)在加热至3000℃后冷却至25℃的散斑此前，在超高温极端环境应变场测量领域一直缺乏有效测量表征手段，主要难点包括：一是超高温热辐射导致测量图像过度曝光，无法表征；二是使用中性密度、蓝光、偏振等多组滤光片，导致测量步骤繁琐，表征成像效果欠佳；三是作为变形信息载体的散斑在超高温中容易脱落，导致测量失败，无法表征。典型温度下应变场云图：(a)1100℃；(b)2100℃；(c)2500℃；(d)2700℃；(e)2900℃；(f)3000℃该文章通讯作者、北京航空航天大学、天目山实验室助理研究员董亚丽表示，研究人员利用紫外-数字图像（UV-DIC）系统，仅用单个紫外滤光片就有效抑制了3000℃热辐射，同时开发了以碳化铪粉末为散斑材料的超高温散斑制备工艺，最终在3000℃环境下成功测量了石墨热膨胀系数，并清晰记录了被测对象从室温到3000℃的高质量图像。该成果由北京航空航天大学、天目山实验室联合研发。“以上难点在紫外-数字图像相关的应变场测量方法中均被很好地解决，该测量方法能够有效、准确测量热端部件在超高温极端热力耦合条件下的热变形，对于助力我国航空航天技术发展具有积极意义。”李宜彬说。

近日，中科院大连化学物理研究所研究员徐兆超团队发展了聚集体调控探针，解决了以往蛋白标签荧光探针在超分辨成像应用中缺乏对多种细胞器通用性标记的问题。相关研究成果已发表于《聚集体》。　　纳米尺度下细胞器与亚细胞器动态行为的监测与解析对于生命进程的解密至关重要。徐兆超团队前期针对溶酶体内酸性微环境设计合成了溶酶体自闪染料，并借助单分子定位显微镜（SMLM）实时监测了溶酶体运动并发现4种溶酶体间相互作用模式，针对脂滴内部高度疏水环境设计了缓冲脂滴探针，实现了脂滴的稳定超分辨成像并发现脂滴融合的新模式。该团队构建的SNAP蛋白标签探针还克服了传统线粒体探针易受电位波动而脱靶的问题，实现了对线粒体的稳定标记和动态超分辨成像。　　然而，蛋白标签荧光探针依然面临细胞渗透性差的问题，特别是探针在细胞内局域分布使得单一探针难以具有对多种细胞器广谱性标记的性能。对此，该团队发展了具有“单体—二聚体—聚集体”多体系动态调控的SNAP蛋白标签探针BGAN-Aze，该探针在细胞外形成荧光淬灭的纳米聚集体而具有快速穿透细胞膜和在细胞内广泛分布的能力，在细胞内以单体的形式与目标蛋白共价连接，并伴随荧光的恢复，最终实现细胞内多种细胞器选择性荧光识别与细胞器亚结构的动态超分辨成像。　　此外，研究发现BGAN-Aze为不带电荷的中性分子，可保持高度的细胞渗透性与生物相容性，能够实现纳米尺度下对细胞膜、线粒体、细胞核等多种细胞器亚结构的长时间追踪。　　该探针基于遗传编码技术，实现了细胞内多种细胞器选择性荧光识别的广谱应用性，并且实现了细胞器亚结构的动态超分辨成像，进而揭示了多种未见报道的细胞器结构动态变化，为进一步研究不同细胞器的功能提供工具。

英斯特朗是全球领先的力学性能测试设备供应商，产品广泛应用于评价材料和部件机械（力学）性能。英斯特朗最新推出先进的视频引伸计AVE 2.0，这款视频引伸计可以充分满足各项严苛的测试标准要求，例如ISO527，ASTM d3039 ，ASTM D638等。这款第二代视频引伸计，也是当今市场上采用专利的，先进的视频引伸计技术中最快速，最准确的非接触式应变测量装置。AVE2.0一体化装置非常容易安装，可以适用于各种条件下的试验室环境，也适用市场上任何±10伏模拟输入的试验装置（测试表现则与各款试验机本身条件有关）。该产品设计自动降低了试验室测试中受热和照明变化产生的误差，同时AVE 2.0 也是目前市场上唯一具有实时490赫兹数据采集率并实现1微米精度的视频引伸计。AVE2.0出色性能使得用户可在各种试验环境条件下进行应变测试，与数字图像相关技术相结合（DIC）。还可以测量任何材料的模量和失效时的应变，包括塑料，金属，纺织，薄膜，复合材料，生物材料及更多。 关于英斯特朗：英斯特朗(INSTRON )是全球领先的材料和构件物性测试试验机制造商，美国五百强公司ITW集团旗下品牌，从基本的软组织到先进的高强度合金材料，其产品被广泛运用于测试各种材料,组件和结构在不同环境下的力学性能和特性。 自1946年英斯特朗成立并研制了世界上第一台闭环控制的电子万能材料试验机和第一个应变片式载荷传感器以来，英斯特朗以成为公认的力学性能测试设备世界领导者为使命，通过提供最高品质的产品，专业的技术支持和世界水平的服务，从而使用户获得拥有英斯特朗产品的最佳体验。 了解更多信息请访问英斯特朗官方网站： www.instron.cn用手机扫一扫，关注英斯特朗微信账号，获取更多英斯特朗的产品信息和测试tips

【科学背景】随着纳米技术的迅猛发展，纳米材料在各种高性能器件中的应用引起了广泛关注。纳米尺度结构可以产生极端应变，从而实现前所未有的材料特性，例如定制的电子带隙、提高的超导温度和增强的电催化活性。通过应变工程对材料的物理化学性质进行调控已成为一个重要的研究方向。然而，尽管对均匀应变对热流影响的研究已有不少进展，非均匀应变的影响却由于界面和缺陷的共存而未得到充分研究和理解。应变工程是通过机械变形引入应力，从而调节材料的电子、光学和热学等性质的重要方法。在均匀应变条件下，材料的性质变化相对容易预测和控制。然而，实际应用中，材料通常处于非均匀应变状态，这种应变状态下的材料特性却复杂得多，尤其是在热传导方面，非均匀应变的影响尚未被系统地研究和理解。这一知识空白阻碍了高性能纳米器件的设计与优化，因为热管理是提高器件效率和寿命的关键瓶颈。为了探索非均匀应变对热传导的影响，北京大学的杨林&杜进隆&高鹏团队联合提出了一种通过弯曲单个硅纳米带（SiNRs）来引入非均匀应变的新方法，并测量了其热传导性能。硅纳米带是一种重要的半导体材料，在纳米电子学和光电子学中具有广泛的应用前景。通过在定制的微设备上弯曲单个硅纳米带，引入了精确控制的应变梯度，同时使用电子能量损失光谱（EELS）在扫描透射电子显微镜（STEM）中以亚纳米分辨率表征局部振动光谱。结果显示，应变梯度为每纳米0.112%时，硅纳米带的热导率显著降低34&thinsp ±&thinsp 5%，这与均匀应变下几乎恒定的热导率形成鲜明对比。通过直接测量局部声子模式并将其与纳米级应变梯度相关联，研究揭示了弯曲引起的晶格应变梯度显著改变了振动状态并展宽了声子光谱。这种声子光谱展宽效应增强了声子散射，显著阻碍了热传导。【科学图文】为了研究非均匀应变对硅纳米带热传导的影响，研究者在图1a展示了不同应变条件下热导率（κ）的变化。均匀应变下的硅块和硅纳米线在实验测量（实心符号）和理论模型（空心符号）下的κ变化几乎保持不变，而弯曲硅纳米带的测量数据显示随着应变增加，κ急剧下降，这种变化在应变达到6%时尤为明显。这表明非均匀应变对热传导的影响远大于均匀应变。图1b是悬浮微桥设备的示意图，展示了弯曲硅纳米带如何放置在桥的间隙上。放大的视图显示了由于非均匀应变引起的晶格变形情况。通过这种实验设计，研究者能够在不引入界面和缺陷等其他复杂因素的情况下，精确施加非均匀应变并测量其对热传导的影响。图1c是弯曲硅纳米带的高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像，插图显示了沿[110]轴的选定区域电子衍射图，验证了硅纳米带的单晶结构。这保证了实验结果的可靠性和可重复性。图1d和1e展示了在最大应变0.65%（图1d）和1.23%（图1e）下，无弯曲的两个弯曲硅纳米带的扫描电子显微镜（SEM）图像。计算的应变轮廓叠加在SEM图像上，以可视化应变分布。应变分布图显示，应变主要集中在纳米带的弯曲顶点附近，这进一步证实了实验中应变梯度的存在和影响。通过这些图像和数据，研究者表明非均匀应变能够显著影响热传导特性，并揭示了应变梯度下晶格动力学的新机制。图1：Si中非均匀应变对热输运的显著抑制。在图2中，研究者首先比较了无应力的SiNRs和弯曲SiNRs的热导率（κ），以理解非均匀应变对声子传输的影响。他们观察到弯曲SiNRs的κ明显低于无应力的SiNRs，并且κ的降低随着εmax的增加而增加。具体而言，对于两个弯曲SiNRs，随着最大主应变εmax的增加，其κ的降幅也逐渐增大。在300 K下，εmax为0.65%的弯曲SiNR no. 1的κ降低了4.2%，而εmax为1.23%的弯曲SiNR no. 2的κ降低了13.1%。为了进一步增加应变梯度并增强应变对声子传输的影响，研究者还制备了带有拐点的弯曲SiNRs，并对其进行了测量。相较于无应力的带有拐点的SiNRs，拐点形态导致了更大的εmax，从而进一步降低了κ。在300 K下，εmax为4.77%的带有拐点的SiNR的κ降低了34±5%，随着温度降至50 K，其降幅进一步增加至43±6%。这些结果表明，在中等应变梯度下，非均匀应变可以显著抑制热传输，从而为纳米材料的热管理提供了新的思路和方法。图2. 弯曲Si纳米带的温度依赖性κ。图3进一步研究了应变对声子传输的影响，通过直接测量弯曲SiNRs的局部声子谱和表征应变梯度沿着应变梯度的演变。研究者利用STEM-EELS技术获得了高空间和能量分辨率的声子谱数据，这为研究非均匀应变条件下的声子传输提供了直接证据。图中展示了不同应变状态下横向声学和横向光学模式的局部振动谱，结果显示，横向声学模式在从压缩到拉伸应变时表现出蓝移，而横向光学模式则显示出红移。这一观察结果与理论计算相吻合，并且显示出非均匀应变导致的晶格畸变对声子谱的影响。此外，研究者还对带有拐点的SiNR进行了测量，并观察到类似的结果。这些实验结果揭示了非均匀应变对声子传输的影响机制，为进一步理解纳米尺度材料的热传输提供了重要线索。图3. 空间解析应变调制声子模式。声子谱展宽效应是指静态分布的晶格应变引起声子频率在给定波矢处的展宽，导致声子散射速率增强。图4a是声子色散关系的示意图，表明在均匀应变情况下存在单一的关系线，而在非均匀应变情况下，由于晶格应变梯度的存在，声子色散关系被扰动，呈现出频率分布。图4b左侧展示了Si的声子色散计算结果，不同应变状态下的声子色散关系。而右侧展示了在给定应变梯度下每个声子模式的应变梯度诱导声子散射率。这一模拟结果显示，随着应变梯度的增加，声子频率分布变宽，从而促进了声子的散射。声子谱展宽效应提高了声子频率的多样性，使得更多声子频率参与到声子-声子散射中，导致了更快的声子弛豫速率和更短的声子寿命。通过模拟计算，研究者还验证了实验结果中观察到的κ减小现象与声子谱展宽效应的关联。因此，图4提供了关于非均匀应变对热传输的基本机制的重要见解，进一步加深了对于材料中声子传输的理解。图4. 非均匀应变诱导声子谱展宽的建模。【科学结论】本文揭示了非均匀应变对热传输的重要影响，并提供了对功能器件进行应变工程设计的价值。通过深入探究应变梯度对声子传输的影响，作者拓展了对材料热传输机制的理解，为开发新型高效热管理技术提供了新思路。特别是，在探索了非均匀应变如何影响声子传输方面，作者不仅揭示了新的声子散射机制，还发现了在材料设计中利用应变工程实现功能调控的潜在机会。这项研究为设计和优化热电器件、热管理系统和热控制器件提供了新的思路和方向。通过结合实验和理论模拟，作者不仅扩展了对声子传输的认识，还为未来材料科学和器件工程领域的发展提供了重要的科学基础。原文详情：Yang, L., Yue, S., Tao, Y. et al. Suppressed thermal transport in silicon nanoribbons by inhomogeneous strain. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07390-4

基于手势识别技术的可穿戴柔性电子设备在医疗健康、机器人技术、人机交互和人工智能等领域颇具应用前景。研制性能优异的柔性应变传感器是实现高性能可穿戴设备应用的重要基础。感器的灵敏度决定可穿戴设备的感知精度，而在过载、瞬时冲击、多次循环弯曲/扭折等条件下的机械鲁棒性将影响可穿戴设备实际应用环境条件下的长期可靠服役。截至目前，采用简单方法制备兼具高灵敏度和机械鲁棒性的柔性应变传感材料颇具挑战性。如何将基础研究所获得的高性能柔性应变传感器推广应用到人机交互系统等实际应用场景中，将会为此类器件的研发提供全新思路。 　　近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心薄膜与微尺度材料及力学性能研究团队，在前期柔性基体金属薄膜力学行为研究的基础上，基于柔性器件传感的力学原理，提出将裂纹类传感器的传感机制引入高机械鲁棒性蛇形曲流结构中，通过对传感层进行巧妙的高/低电阻区调控实现高灵敏度传感的学术思想，研制出灵敏度与裂纹类传感器相当(GF 1000)且机械鲁棒性优异的柔性应变传感器。该传感器在过载、冲击、水下浸泡、高/低温等严苛环境条件的作用下表现出优异的循环稳定性，稳定响应周次达10000周。同时，该传感器具有响应和回复时间快(图2.柔性应变传感器的传感性能。a、高/低电阻区调控前的响应曲线；b、高/低电阻区调控后的响应曲线；c、在不同峰值应变下的循环响应曲线，极限检测应变；d、响应和回复时间。图3.柔性应变传感器的机械鲁棒性。a、循环稳定性；b、最大可承受应变；c-e：对严苛环境的耐受力。图4.可穿戴手语翻译系统。a、应用场景示意图；b、系统框架；c、手语手套；d、无线电路板；e、用户界面。图5.手语识别验证。a、6种由复合手势组成的手语；b、手语翻译系统对6种手语的识别准确率；e、手语翻译系统的各项性能汇总。

p 　　近日，由哈尔滨工业大学董永康教授牵头作为项目负责人的国家重大科学仪器设备开发专项“分布式光纤应变监测仪”项目启动暨实施方案论证会顺利召开。 /p p 　　作为国家重大科学仪器设备开发专项之一，该项目旨在开发具有自主知识产权、高精度、高可靠性与环境适应度、核心部件国产化的分布式光纤应变监测仪，充分利用云计算与大数据系统架构与技术，实现大型基础设施、地质灾害等远程实时安全监测，实现工程化开发、应用示范并进行产业化推广。项目由我校董永康教授牵头作为项目负责人，中兴通讯股份有限公司作为产业化牵头单位，联合中铁大桥科学研究院有限公司、中交公路规划设计院有限公司、中交第一公路勘察设计研究院有限公司和中国科学院武汉岩土力学研究所共同申报。该项目对于改善我国在大型基础设施、大型结构装备、地质灾害等安全监测水平，提升公共安全水平，减小经济损失和社会影响具有重要意义。 /p p 　　在启动会上，项目负责人董永康教授作了项目总体情况汇报，6个项目课题负责人分别进行了课题实施方案汇报。项目专家组对项目的研究目标、研究内容及研究方案的可行性给予充分的肯定，并针对项目和各课题后续工作的具体实施、拟解决的关键科学和技术问题等提出了建设性的意见和建议。 /p p 　　中国工程院院士杜彦良教授主持启动会，项目组专家及委员共30余位参加本次了会议。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/c8ed9c9b-8ffd-4d71-983f-a71c9483e324.jpg" title=" LKsd-fyqtwzv2273554.jpg" style=" width: 500px height: 333px " width=" 500" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 333" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 与会专家合影 /p

记者22日从中国计量科学研究院获悉，我国自主研制成功疲劳试验机动态力校准装置，经专家鉴定填补该领域国内空白。 　　不仅人类会产生疲劳，汽车零部件、航空工程结构材料经过多次循环使用后也会产生疲劳——在无显著外观变形情况下而发生断裂，从而导致灾难性的设备或人身伤亡事故。 　　据统计，汽车零部件的破坏中85%是由疲劳引起的，航空工程中有60%—80%的断裂是由结构材料的疲劳破坏引起的。相关行业主要通过疲劳试验机来测量试件材料的疲劳极限和疲劳寿命等，而动态力值误差是疲劳试验机的一个主要性能指标。目前，受技术水平和研究能力的限制，国内对疲劳试验机检定或校准，通常只针对静态力值，明显降低了疲劳试验机动态力值计量的准确度，并增大了测量不确定度。此次研制的疲劳试验机动态力校准装置就可解决这一难题。 　　课题负责人、中国计量科学研究院副研究员胡刚告诉记者，此套疲劳试验机动态力校准装置，由电阻应变式力传感器及动态应变信号数据采集系统两部分组成，静态准确度达到0.1级，在500Hz频率范围内，归一化动态灵敏度优于1%，实现了高准确度的动态力测量，可实现校准装置动态特性测试、疲劳试验机动态力校准，主要技术指标达到国际先进水平。 　　该装置的成功研制，为疲劳试验机校准、检定和定型鉴定提供了高准确度的计量标准和科学合理的装置和方法。为航空航天、汽车、船舶、冶金、建筑等行业的材料可靠性与使用寿命测试提供有力的技术支撑，并为材料计量提供强有力的量值溯源保障，具有较大的社会效益和经济效益。

【科学背景】随着高能量密度和长寿命电池的需求不断增加，研究人员越来越关注电池材料的微应变及其对电池性能的影响。微应变是由结构缺陷（如位错和堆垛层错）引起的，这对能源材料的机械强度和循环稳定性产生了重大影响。尤其在钠分层氧化物正极材料中，微应变被认为是导致容量衰退和结构破坏的关键因素。然而，微应变在电池材料合成过程中的起源和影响仍未完全明确，这成为了当前研究的一个挑战。为了解决这一问题，布鲁克海文国家实验室(美国能源部的实验室) Xianghui Xiao, 美国阿贡国家实验室Gui-Liang Xu & Khalil Amine教授合作进行了一系列原位和实时的多尺度表征，包括同步辐射X射线衍射和显微镜观察，来探讨过渡金属在前体颗粒中的空间分布对微应变的影响。研究发现，过渡金属的空间分布对纳米尺度的相变、局部电荷异质性以及微应变的积累有着强烈的调控作用。这一意外发现揭示了缺陷从核心向外壳的反直观传播模式，并为优化合成策略提供了新方向。通过这些研究，科学家们提出了基于微应变筛选的合成策略，以减少晶格中的微应变和结构缺陷，从而显著提升了电池材料的结构稳定性。这些成果标志着向设计无缺陷电池材料的合成方法迈出了关键一步。【科学亮点】1. 实验首次在钠分层氧化物正极的实际合成过程中，系统地进行微应变筛选，并应用了多尺度原位同步辐射X射线衍射（SXRD）和显微镜表征技术。2. 实验通过结合原位SXRD和全场X射线显微镜的观察，揭示了过渡金属在前体颗粒中的空间分布对纳米尺度相变、局部电荷异质性和微应变积累的强烈影响。3. 实验结果：&bull 过渡金属的空间分布：发现过渡金属的空间分布在钠分层氧化物正极的合成过程中扮演了关键角色，主导了相变机制。&bull 微应变的积累：在合成过程中，微应变在颗粒内部积累，导致了缺陷的形成和增长，其传播方式呈现出反直观的外向模式。&bull 结构稳定性的改善：通过对微应变的深入分析，提出了一种更为合理的合成路线，能够显著减少晶格中的微应变和晶体缺陷，从而提升结构稳定性。【科学图文】图1： 前驱体的形貌和化学性质。图2：固态合成过程中的结构演变。图3：合成过程中的结构缺陷和化学演变。。图4：颗粒裂纹及其消除。图5：电化学性能。图6：测试分析。【科学结论】本文揭示了过渡金属在钠分层氧化物正极合成过程中对微应变的显著影响。通过原位同步辐射X射线衍射和显微镜技术的多尺度表征，研究发现，过渡金属在前体颗粒中的空间分布对纳米尺度的相变、局部电荷异质性以及微应变的积累有着关键的调控作用。这一发现颠覆了传统观念，揭示了缺陷的成核和生长在颗粒内部向外传播的反直观现象。这种对微应变的深刻理解指导了更加合理的合成策略，即通过优化合成条件来减轻微应变和晶体缺陷，从而显著提高电池材料的结构稳定性。这一研究成果不仅提供了新思路来改善电池材料的性能，还为无缺陷电池材料的设计合成奠定了重要基础，为未来高能量密度和长寿命电池的研发提供了有力支持。参考文献：Zuo, W., Gim, J., Li, T. et al. Microstrain screening towards defect-less layered transition metal oxide cathodes. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01734-x

10月26日，中国汽车工程学会正式发布由泛亚汽车技术中心有限公司联合中国汽车技术研究中心有限公司、清华大学苏州汽车研究院、中国飞机强度研究所、ITW集团英斯特朗公司、道姆光学科技（上海）有限公司、东风汽车集团有限公司等单位联合起草的CSAE标准《汽车用金属材料圆棒室温高应变速率拉伸试验方法》（T/CSAE 233-2021）。本标准提出的金属材料圆棒高应变速率拉伸试验方法适用于汽车底盘用的铸造、锻件类零件材料的高应变速率拉伸测试。本标准在GB/T 228.1-2010及GB/T 30069.2-2016基础上，对金属材料棒材在不同高应变速率下拉伸时，对试样的夹具，应力测试方法，样件尺寸及装夹，应变测试等方面作了较详细的规定，以确保棒材高应变速率拉伸测试的准确性。当前，汽车底盘用的铸造类零件如Knuckle和Mount等零件的材料高速拉伸曲线是CAE碰撞分析中重点关注技术参数，为了建立CAE分析用高速拉伸所需数据库，提高碰撞安全分析的准确性，需要借助高速拉伸机、三维光学测试(Digital Image Correlation, DIC)技术获取金属棒材的应力、应变场数据。目前对于铸铁、铸铝的圆棒试样的高速拉伸测试还没有相应的国际、国内标准，各整车企业及总成制造商对铸件材料的高应变率拉伸试验方法未见详细说明，测试结果也存在在较大差异，由此带来该对底盘类铸件材料性能和可靠性的评价存在诸多差异。起草工作组在充分总结和比较了国内外金属材料高应变速率拉伸测试方法标准、调研了国内外对车用铸、锻方法制造的零件用的金属材料棒材的试验方法的基础上，参考了GB/T 30069 《金属材料 高应变速率拉伸试验》和《ISO 26203 金属材料高应变率拉伸试验》，并确定板材的测试与棒材的测试有明显不同。通过金属材料棒材在不同高应变速率下拉伸时，对试样的夹具，应力测试方法，样件尺寸及装夹，应变测试等方面作了较详细的研究和试验。高应变速率拉伸测试系统是由高速拉伸机，高速相机，光源，数据采集及分析系统，同步器，夹具，散斑制备装置，应变片粘贴设备等部分组成。试验时，确保设备的连接可靠，经过静态速率试验确认力、速度、对中性及相机、数据采集均正常的情况下开始正式测试。编制组基于国内外行业研究现状，通过正交矩阵进行试验方案设计，共48组试验，每组数据需要完成3根样条。随后又增加汽车底盘锻压零件最小壁厚3毫米小直径样条的测试。合格的样条必须断在标距内。所有测试结果不需过滤处理，直接反映整个系统的测试状态和结果。经过一系列试验，为标准的制定奠定可靠的基础。首先是确定试验夹具，根据不同的拉伸设备，可以设计不同的设备连接方式，考虑到试样是圆形截面，推荐使用螺纹接头连接试样，螺纹的长度也进行了优化试验，选择大于2倍平行段长度。而且在夹具上做出平面以粘贴应变片。对夹具的选材上也做了研究，选用常用的45钢和钛合金进行比对。通过图1的试验结果，推荐使用钛合金材料，硬度28～38HRC，以减少夹具的固有震荡信号。编制组在充分总结和比较了国内外金属材料高应变速率拉伸测试方法标准、调研了国内外对车用铸、锻方法制造的零件用的金属材料棒材的试验方法的基础上，参考了《GB/T 30069 金属材料 高应变速率拉伸试验》和《ISO 26203 金属材料高应变率拉伸试验》，并确定板材的测试与棒材的测试有明显不同。通过金属材料棒材在不同高应变速率下拉伸时，对试样的夹具，应力测试方法，样件尺寸及装夹，应变测试等方面作了较详细的研究和试验。高应变速率拉伸测试系统是由高速拉伸机，高速相机，光源，数据采集及分析系统，同步器，夹具，散斑制备装置，应变片粘贴设备等部分组成。试验时，确保设备的连接可靠，经过静态速率试验确认力、速度、对中性及相机、数据采集均正常的情况下开始正式测试。编制组基于国内外行业研究现状，通过正交矩阵进行试验方案设计，共48组试验，每组数据需要完成3根样条。随后又增加汽车底盘锻压零件最小壁厚3毫米小直径样条的测试。合格的样条必须断在标距内。所有测试结果不需过滤处理，直接反映整个系统的测试状态和结果。经过一系列试验，为标准的制定奠定可靠的基础。首先是确定试验夹具，根据不同的拉伸设备，可以设计不同的设备连接方式，考虑到试样是圆形截面，推荐使用螺纹接头连接试样，螺纹的长度也进行了优化试验，选择大于2倍平行段长度。而且在夹具上做出平面以粘贴应变片。对夹具的选材上也做了研究，选用常用的45钢和钛合金进行比对。通过图1的试验结果，推荐使用钛合金材料，硬度28～38HRC，以减少夹具的固有震荡信号。图1 钛合金和45#钢夹具及分别在100-1s时的拉伸曲线在应变片的粘贴和标定方面做了详细的试验，在本标准中给出了具体阐述，尤其指明标定的系数R2≥0.999。设备状态的确认中，如果测试力的同时还需要测试应变，设备需要连接额外的数据线，试验前需检查所有的连线是否牢固连接，尤其是信号触发线。每次测试前先在静态试验机上低应变速率拉伸，然后在高速试验机上以同样的速率拉伸同一批次的试样检验设备。静态试验根据 GB/T 228.1-2010规定进行。为了验证验证圆棒试样的应变是否需要三维测试，分别用单台和两台相机试验，发现当使用单台相机时，大截面尺寸（5毫米直径棒材）会出现由于散斑扭曲导致跟踪不了散斑变化产生测量误差或试验失效，因此当出现散斑测试的应变变化跟不上力值变化时，应使用两台相机测试。如图2、3所示。铸铝（左） 铸铁（右）图2 一台相机照片-铸铁及铸铝的应变-时间&应力-时间的曲线铸铝（左） 铸铁（右）图3 两台相机照片-铸铁及铸铝的应变-时间&应力-时间的曲线标准起草组对于数据采集频率也做了研究，图像拍照及采集系统的采样频率应考虑试样断裂时间。当应变速率≤100s-1时，所取得的应变有效数据大于力值的采样数据，而且一般会大于400。当应变速率100s-1时，应变的有效数据会急剧下降，应调整应变的采集频率和拍摄参数，最终应变的有效采集不低于100个点。否则不能有效测出弹性模量及剪切模量。对于拉伸速度偏差认可的确认，各测试单位做了详细讨论，考虑到高应变率速度的影响因素复杂，因此给出按照最大力对应的应变划分不同平均速度的限制要求。即当最大力对应的应变率大于5%时，实际应变速率的平均值推荐在目标应变速率的±5%以内，当最大力对应的应变率小于5%时，记录实际应变速率到报告中。试样尺寸也是本标准重点考虑的内容，较短的测试长度有助于获得高的应变速率，但测量长度不能过小，否则不能保证反映材料的性能。因此参考静态的标准及高应变速率拉伸的现有标准，制作了4种不同的试样并测试。试样的装夹方式，尺寸及夹具材料在标准中得到具体描述。优化后的的试样如图4，并给出推荐尺寸。 图4 典型的试样尺寸说明：（1）尺寸公差为0.05mm，平行段工作部分粗糙度0.32，同轴度为0.01毫米。（2）推荐区域直径为5mm，=10mm，=15mm，R=16mm，=5mm，=35mm，D=12mm，或者区域直径为3mm，=10mm，=15mm，R=12mm，=5mm，=35mm，D=6mm。综上所述，该标准围绕车用金属材料的使用工况，对3毫米直径以上的哑铃型拉伸试样进行充分的试验，给出了从夹具，散斑制作，相机标定，系统试验前验证，试样尺寸与装夹，力的测试，数据采集及处理等方面系统的说明，试验准确性高，试验失效率低，同时避免不同试验员试验结果差异等问题。本标准充分考虑了汽车行业用到的铸件和锻件零件，具有普遍适用性，可以为CAE仿真高效地提供更加准确可靠的材料数据。与目前使用的GB/T 30069 《金属材料 高应变速率拉伸试验》和ISO 26203 《金属材料高应变率拉伸试验》中的方法协调统一，互不交叉，提供了标准外的常用形状试样的高应变速率下的详细试验方法，对现有标准起到补充作用。

天津大学精密仪器与光电子技术学院教授李恩邦研究发现一种新技术构成的光纤应变传感器，具有灵敏度高且对温度变化不敏感等特点。 　　光纤应变传感器是世界上应用广泛的传感器类型，具有许多电传感器不可比拟的优点，对于保障大型设施安全、防止恶性和灾难性事故发生具有非常重要的意义。 　　李恩邦的研究成果已发表在《应用物理快报》上，英国物理学会官方网站optics.org和美国《激光世界》杂志也对此进行了报道。

人体活动所产生的包括应变和温度等生理信号是医疗健康、运动监测的重要数据来源，利用柔性可穿戴设备实现应变和温度的感知意义重大。柔性传感器是柔性可穿戴设备的核心部件，其发展趋势是集成化和多功能化。发展柔性应变-温度双模态传感器，实现应变和温度等信号的监测以及区分，同时兼具高的分辨率仍是一个难点。 　　Co基磁性非晶丝具有优异的软磁性能和巨磁阻抗效应(GMI)，可以实现对磁场的高灵敏探测，是发展柔性多功能传感器的理想材料之一。前期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员李润伟、刘宜伟基于磁性非晶丝设计与发展了仿生触觉传感器与自供电弹性应变传感器，并在机器人假肢的触觉感知、运动捕捉的智能服装方面实现应用(Science Robotics. 2018, 3, eaat0429；Nano Energy, 2022, 92, 106754)。在此基础上，研究人员以磁性非晶丝为敏感材料，通过设计具有管状异质结构的双模态传感器实现了单一传感器对应变和温度的灵敏监测和实时区分。 　　该传感器具有独立的应变和温度感知机制。一方面，结合磁弹性体的磁弹效性和Co基非晶丝的巨磁阻抗效应可以实现应变灵敏探测；另一方面，用于阻抗输出的热电偶线圈具有显著的塞贝克效应，可以同时实现温度的检测。基于独立的感应机制，温度和应变信号之间不存在相互耦合，后续通过信号读取电路可实现温度和应变信号的实时区分和输出。 　　该研究中双模态传感器的应变-磁转换单元中具有磁弹效应的磁弹性体提供随应变而变化的磁场，通过内置的Co基磁性非晶丝，能够灵敏感知微小变化的磁场，从而输出变化的阻抗，实现应变的感知。此外，该工作设计了具有双功能的Cu-CuNi热电偶线圈，不仅可以实现阻抗的输出，而且本身具有的塞贝克效应可以实现对温度的感知。 　　进一步地，通过调控应变-磁转换单元的不同区域的相对模量，即磁弹性管和非磁性弹性管的相对模量，可以控制磁场变化快慢，从而能够实现应变灵敏度的可调。该传感器可实现0.05%的应变和0.1℃的低探测极限，5.29和54.9μV/℃的较高应变和温度感知灵敏度。 　　此外，该研究也从模拟和实验上对该双模传感器的应变-温度信号输出的耦合和相互干扰进行了验证。研究人员分别测试了双模传感器在不同应变下的温度输出信号和不同温度下的应变输出信号，发现该传感器具有的管状异质结构能够有效避免应变对温度的干扰，且磁性非晶丝和磁粉的磁性能在低于居里温度下具有良好的温度稳定性，可以确保温度对应变感知几乎没有影响。 　　该研究将所设计的管状线型双模传感器与织物集成，可以同时用于人体微小应变的探测，比如呼吸和吞咽等检测，也可用于膝盖弯曲等较大应变的探测，同时能实现体温或环境温度的实时监测，在健康监测、智慧医疗以及人机交互领域具有良好的应用前景。 　　相关成果近期以Dual mode strain-temperature sensor with high stimuli discriminability and resolution for smart wearables为题在线发表在Advanced Functional Materials上。研究工作得到国家自然科学基金重大仪器研制项目、国家自然科学基金项目、国家自然科学基金委中德交流项目、中科院国际合作重点项目、浙江省自然科学基金等项目的支持。图1(a)双模传感器的感应机制，(b)具有管状异质结构的双模传感器传感器制备流程，(c)应变-磁转换单元中磁弹性管的微观形貌，(d-i)具有磁弹效应的磁弹性管不同磁化方向磁化具有不同的磁性能，(j-m)双模传感器外观和柔性展示图2 双模传感器的应变感知性能