國家儀器科技研究中心

2011 年 6 月出版

科儀新知第 182 期

軟性材料量測專題

應用數位影像相關法檢測軟性材料力學行為之簡介 [ 下載 PDF ]

王偉中, 何義傑, 沈宏燦, 張廷宇, 張雅欣, 曹鈞勝, 吳亭瑩, 陳柏甫

近年來，軟性材料蓬勃發展，勢必會對電子產業與生醫產業帶來革命性的影響，若能夠準確地檢測軟性材料於各種負載下之力學行為，必能掌握新世紀電子產業與生醫產業之關鍵技術。本文將分享國立清華大學動力機械工程學系光測力學實驗室應用數位影像相關法於軟性材料力學行為之量測實例，以期能增進讀者對於軟性材料檢測的認識。

PDMS 機械性質檢測、力學模型建立與其在細胞力學方面的應用 [ 下載 PDF ]

廖彥鳴, 歐廣順, I-kuan Lin, 陳國聲

聚二甲基矽氧烷是微機電製程中之重要材料，廣泛地應用於奈米壓印以及生醫檢測等方面。藉由該材料所構建之微柱陣列的變形來量測及反推估細胞成長時與基材間之作用力，是近年來相當受到重視的生醫檢測技術之一。該方法首先藉由量測微柱之變形，接著以材料力學之懸臂樑公式，將所量測之變形量轉成作用力。然而，過去的研究多將聚二甲基矽氧烷視為線性彈性材料，並且利用長樑理論下之材料力學公式進行轉換。由於聚二甲基矽氧烷屬黏彈材料，而一般微柱陣列之寬高比又遠小於長樑公式之可適用範圍，這讓我們相信目前通用之轉換模型存在著相當大的誤差。因此，發展一套較精確之轉換模型有其必要性。本文同時從材料測試與分析模擬兩方向著手，分別對於聚二甲基矽氧烷於長尺度與微尺度下進行鬆弛與動態實驗以及相關之非線性有限元素分析，並實際製作微柱陣列進行實驗、模擬交叉比對與驗證，最後獲得一改良形變至作用力的模型。相信對評估細胞成長之作用力有相當的貢獻。

Gamma 射線照射聚合之雙層網狀水膠破壞力學性質量測 [ 下載 PDF ]

何銘華, 林耀祺, 劉乃上, 林鴻儒, 阮國維

水膠的名稱源於其超強的吸水性，水膠在本質上為機械強度不高的材料，但由於其含水量與生物相容性高之故，生醫水膠材料在臨床上已經有多年的應用經驗。近年由於高強度水膠材料不斷被開發，讓水膠在生醫方面之應用已愈來愈多元化，目前開發的高強度水膠除了含水量高之外，亦有摩擦係數低等特性，因此有被應用於置換椎間盤核髓等受力軟組織之潛力，進而使得高強度水膠等生醫材料的機械性質有進一步被深入探討的必要。本文對以異丙基丙烯醯胺及丙烯酸為單體，使用 Gamma 射線照射所製備的高機械強度雙層網狀水膠之破壞力學性質進行探討。為了對相關水膠材料之破壞力學性質進行量測與分析，在研究過程中發展結合數值／實驗方法的 J 積分估算法則，對具有不同交聯劑濃度的水膠之破壞力學特性進行探討與分析。

生物軟組織之機械性質測試 [ 下載 PDF ]

劉彥慶, 趙偉志, 胡晉嘉

瞭解軟組織的機械性質有助於我們瞭解它的生理及病理下的功能。機械生物反應常與軟組織內之應力或應變場有關，而在應力及應變場之分析中，軟組織的機械性質不可或缺。一般而言，因著軟組織一些共有的特性，其機械性質的測試有一定的挑戰性。本文介紹了兩個常用的機械性質測試裝置，其一用於測試平面軟組織，另一則用於管狀軟組織。我們也概述了相關的應力與應變分析。文中所述的方法不單可用於定量軟組織的機械性質，也可以用於定量其他軟性生醫材料，如水膠等之機械性質。

高功率 Q-開關紫外固態雷射的優化與製作 [ 下載 PDF ]

黃郁仁, 唐政猷, 蘇冠暐, 陳永富

高功率紫外光雷射在基礎科學以及產業發展上占有不可或缺的角色。本文將針對高功率 Q-開關紫外固態雷射的優化與製作進行詳細的介紹與探討。我們發現當激發功率越高時，寄生雷射的產生會使得 Q-開關雷射的輸出性能明顯變差，為了有效抑制寄生雷射作用以及克服熱透鏡問題，利用摻釹濃度只有 0.1% 的 Nd:YVO₄ 晶體設計了一個輕巧簡便的高功率 Q-開關雷射。接著採用此優化的高功率 Q-開關雷射進行腔外二倍頻及三倍頻轉換，在脈衝重複率為 40 kHz 以及輸入功率 44 W 的情況下，532 nm 以及 355 nm 所得到的最高輸出功率分別為 8.38 W 以及 6.65 W。由 808 nm 到 355 nm 的光轉換效率達 15.1%；而由 1064 nm到 355 nm 的光轉換效率則達 38.2%。

寶塔式微型三次元量測儀之系統與機電模組 [ 下載 PDF ]

范光照, 王宏瑜, 葉俊寬, 林仲豪

本文介紹精密微型三次元量測儀的系統設計概念以及機電整合模組。其設計概念著重於下列準則：剛性佳、力與熱平衡、阿貝原理、量測架構和系統制震的需求。在這些準則之下，研製出一個創新的寶塔型結構，並經由最佳化分析證實此對稱性結構力平衡與熱平衡上的穩定性。具同軸配重、制震裝置的高精密主軸以及符合阿貝原理、幾何對稱的 XY 共平面平台也將在此篇論文中予以介紹。此微型三次元量測儀量測範圍為 X: 20 mm、Y: 20 mm、Z: 10 mm，以超音波馬達作為各軸具奈米等級的驅動裝置，並以解析度可達 1 nm 的光柵干涉儀作為位移感測器，使系統可同時具備長行程和奈米定位之需求。將接觸式探頭安裝於主軸上，系統即具備奈米等級量測能力並可應用於任何幾何外形的工件。