伊利诺伊大学香槟分校
二氧化硅梁压痕过程中垂直(左)和水平(右)位移的数字图像相关等高线(数值单位为微米)
学分:伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 用于豪华轿车和军用车辆挡风玻璃的安全玻璃需要坚硬、坚固、防破碎，但也要薄——这既是为了能见度，也是为了减轻重量，这是航空航天车辆的一个特别重要的特征
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校最近的研究动机是使用一种有前途的新型透明陶瓷尖晶石来取代传统的分层安全玻璃，这导致了一种新的方法来测量材料(如玻璃)在纳米尺度上发生的变化
伊利诺伊州航空航天工程系教授兼先进材料测试和评估实验室主任约翰·兰布罗斯说:“我们使用了透射电子显微镜，这种显微镜已广泛用于在分子、颗粒或亚颗粒水平上对材料进行成像，以帮助我们了解这些材料的行为，因为在电子显微镜中，电子束波长可以探测的距离比可见光显微镜小。”
“然而，除了成像之外，我们还想将电子显微镜变成一种全场计量测量仪器
电子显微镜的测量以前也做过，但只是通过粒子追踪在个别点上进行
我们增加了数字图像相关功能，并将其扩展到这种高放大倍数、高分辨率的显微镜仪器中
" Lambros解释说，电子显微镜为数字图像相关计量带来了独特的挑战，必须加以克服
“因为照射样品的不是光束，而是电子束，所以透射电子显微镜的环境要恶劣得多
这很难操作，而且都是在真空中完成的，”他说
“成像要困难得多，而且样本非常小
" 研究人员首先在材料研究实验室的聚焦离子束设备中，从一大块二氧化硅(一种玻璃)中离子铣削出一个弯曲束
在真空沉积室中，一层金薄膜沉积在横梁上
然后，加热样品，连续膜分裂成小岛，这提供了足够的对比度，在电子显微镜下可以在二氧化硅样品上看到
“用扫描电子显微镜，图像是样品表面的，因为电子束从表面反射回来，”Lambros说
但是在透射电子显微镜中，电子束穿过样品，样品必须非常薄，响应在整个厚度上是平均的
SEM中的数字图像相关已经使用了很长时间，因为在那里获得图像要容易得多
使用具有更高放大能力的TEM还没有做到这一点，这就是为什么我们想要将数字图像相关方法扩展到TEM
" 二氧化硅梁压痕过程中位移的数字图像相关轮廓
学分:伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 研究人员在样品受到弯曲载荷时，拍摄了长达300秒的图像，并对图像进行比较，以测量沉积在表面的金颗粒如何移动
“数字图像相关在装载过程中拍摄一系列金点图像
通过比较一幅图像和下一幅图像，你可以描绘出正在发生的事情——不仅仅是边缘，还有样本内部的特征
“因此，在这个项目中，我们使用粒子追踪作为检查或控制，然后在TEM中使用数字图像关联展示高度可比的结果
" Lambros解释说，使用粒子跟踪，通常跟踪的粒子更少，这意味着测量点更少
与DIC相比，粒子必须移动更大的量，我们才能在图像中看到运动
本研究是关于发展透射电子显微镜中的数字图像相关方法
现在我们已经确认这种方法可行，我们可以复制它，并用它来研究尖晶石材料的纳米行为，这是我们最初的兴趣所在，”Lambros说
他说，他们已经开始了尖晶石的研究，将金颗粒放在尖晶石样品上制造图案，但还没有在透射电子显微镜下尝试过
“图案在尖晶石上起作用，但尖晶石会有其他问题，因为它是结晶的，晶体在TEM中的表现与无定形玻璃非常不同，”Lambros说
“在实验力学中，我们最大的限制之一是我们主要关注表面发生的事情
我们试图从中推断出物质内部发生了什么，这是一项艰巨的任务
这种方法真的是突破性的，因为现在我们将能够以一种新的方式和非常高的放大率对材料进行成像
" 这项研究，“使用数字图像相关和粒子跟踪的透射电子显微镜中的全场变形测量”
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学生、林峰、沈·狄龙和约翰·兰布罗斯的论文发表在《材料表征》上
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