Viscoelastic characterization of PDMS thin films
PDMS ince filmlerin viskoelastik karakterizasyonu
- Tez No: 510234
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
PDMS Poisson oranındaki küçük bir değişkenlik hücre mekaniği çalışmalarında önemli hatalara yol açmasına rağmen, bu çalışmalarda sıklıkla kullanılan bir kalınlık olan 100 μm'lik PDMS filmleri için veri eksikliği mevcuttur. PDMS'in mekanik özellikleri incelenirken viskoelastik doğası dikkate alınmalıdır; çünkü Poisson oranı veya diğer mekanik özelliklerin zamandan bağımsız oldukları düşünülemez. Böyle bir çalışma için gerilim gevşemesi testleri sırasında yüksek uzamsal ve zamansal çözünürlükte temassız gerinim ölçümü yapılmalıdır. Bu çalışma, i) gerekli sınır koşullarının uygulanması için uygun yöntemi, ii) yüksek hassasiyetli kuvvet ölçümü ve iii) parçacık izlemeye dayanan temassız yerel gerinim ölçüm tekniğini içeren bir gerilim gevşemesi test düzeneğini ortaya koymaktadır. Deney sırasında görüntüler 40 μm uzamsal çözünürlük ile 18 Hz hızında kaydedilmiştir. Lokal Poisson oranı ölçümleri için mikro partikül içeren 125 ve 155 μm kalınlığında PDMS filmleri hazırlanmıştır. Parçacık izleme yöntemi ile mikro partiküllerin yer değiştirmesi hesaplanmış ve gerinim haritasının kullanılması ile Poisson oranının 155 μm kalınlığındaki PDMS filmleri için, 20 dakikalık gerilim gevşemesi testi sonunda 0.483 ± 0.034'ten 0.473 ± 0.040 değerine azaldığı görülmüştür. 125 μm kalınlığında PDMS için ise bu değer 0.482±0.041'den 0.468±0.038 değerine azalmıştır. Ayrıca, her iki durumda da monotonik olmayan bir azalma gözlemlenmiştir. Poisson oranı ve gevşeme süresi arasındaki bu negatif korelasyonun, her iki kalınlık için istatistiksel olarak anlamlı olduğu bulunmuştur (p<0.001). Viskoelastik ölçümler Burgers modeli ile numerik olarak desteklenmiştir. Bu çalışma 597x550 μm2 ölçüm alanı dikkate alınarak mekanik özelliklerin lokal olarak incelenmesinin önemini vurgulamıştır. Ayrıca, lokal gerinim takip hassasiyetini belirlemek için enine gerinimin kalınlık farkına olan bağımlılığı ölçülmüştür. Önerilen yaklaşımın sağladığı yüksek çözünürlük, deformasyonları daha kesin olarak ölçmeyi ve daha önce gözlenmemiş olan Poisson oranı zamansal evriminin gözlemlemesini sağlamıştır. PDMS Poisson oranının yüksek doğrulukta belirlenmesine ek olarak, bu çalışma aynı zamanda, mekanik davranışla ilgili benzer belirsizliklerin olduğu diğer yumuşak malzemelerin mekanik özelliklerinin doğru ve zamana bağlı olarak belirlenmesi için umut verici bir yol sunmaktadır. Bu teknik, aynı zamanda hücre büyüme sürecinde PDMS'in bulunduğu koşulların mekanik etkilerini anlamak için de kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
Despite the fact that a small uncertainty in the PDMS Poisson's ratio leads to significant errors in traction force microscopy, there is a clear lack of data for PDMS films at the scale of 100 μm, a relevant size scale frequently employed in cell mechanics studies. Equally important is the need for the consideration of the viscoelastic nature of PDMS, as no mechanical property–including the Poisson's ratio can be taken as a time-independent constant. The foremost challenge for addressing these issues is the difficulty of carrying out stress relaxation tests on miniature PDMS samples accompanied by non-contact strain measurement with a very high spatiotemporal resolution. This study introduces such a stress relaxation platform incorporating i) the proper means for the application of necessary boundary conditions, ii) a high-precision in load measurement, and iii) a non-contact, local strain measurement technique based on single particle tracking. During stretching, images are recorded at a rate of 18 Hz with a 40 μm spatial resolution. Microsphere-embedded PDMS films as thin as 125 and 155 μm are prepared to study the Poisson's ratio by a local strain microscope. After tracing the displacement of microspheres by a single particle tracking method and using a strain mapping, Poisson's ratio for 155-μm-thick PDMS is measured to decrease from 0.483±0.034 to 0.473±0.040 over a period of 20 mins. For 125-μm-thick PDMS, this reduction takes place from 0.482±0.041 to 0.468±0.038. Moreover, a non-monotonic reduction is observed in both cases. This negative correlation between Poisson's ratio and relaxation time is found to be statistically significant for both thicknesses with p<0.001. The viscoelastic behavior is further characterized through the Burgers model. With a measurement field of 597x550 μm2, this study emphasizes the importance of the local investigation of mechanical properties. Furthermore, the dependence of transverse strain on a film thickness difference of 30 μm is measured to determine the sensitivity of local strain tracking. The inherent high resolution of the proposed approach enables one to measure deformations more precisely and to observe the temporal evolution of the Poisson's ratio that has not been observed before. In addition to the high-precision determination of PDMS Poisson's ratio, this work also offers a promising pathway for the accurate and time-dependent determination of the mechanical properties of other soft materials, where similar ambiguities exist regarding the mechanical behavior. The technique can also be used to establish a link between the conditions PDMS is exposed to during cell growth process and its mechanical properties.
Benzer Tezler
- Laparoskopik cerrahide akıllı eyleyicili ameliyat aletlerinin tutucu kuvvet kontrolü ve doku ile etkileşmi
Grasping force control and tissue interaction of smart actuated surgical tools in laparoscopic surgery
MİTHAT CAN ÖZİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER MURAT KOÇ
DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLSAY SÜMER
- Bitüm modifikasyonu için silan modifiye stiren maleik anhidrit ve poliüretan-polisiloksan kopolimerlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of silane-modified styrene-maleic anhydride and polyurethane-polysiloxane copolymers for bitumen modification
FİLİZ BAHADIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Polimer Bilim ve TeknolojisiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TARIK EREN
- Elektrospinning tekniği ve UV ışımasının eşzamanlı olarak uygulanması ile nanofiber membranların uygulanması hazırlanması ve kıymetli metallerin adsorpsiyonunda
Preparation of nanofiber membranes by the implementation of electrospinning technique and UV radiation simultaneously and application on adsorption of precious metals
BİHTER ZEYTUNCU
Doktora
Türkçe
2014
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN AKMAN
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Synthesis and characterization of cross-linked poly(Dimethyl Siloxane)nanocomposites
Çapraz bağlı poli(Dimetil Siloksan) nanokompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu
YAĞMUR ÇAVUŞOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURSELİ UYANIK
DOÇ. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
- Development of a test system for viscoelastic material characterization
Viskoelastik malzemelerin yapısal dinamik özelliklerinin elde edilmesine yönelik bir test sisteminin geliştirilmesi
FULYA EROL
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. GÖKHAN OSMAN ÖZGEN