在低温下对小尺度丁苯橡胶进行纳米压痕的动态力学分析

KLA Instruments 小课堂

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旗下产品包括：轮廓仪、纳米压痕仪、薄膜测厚仪、方阻测量仪以及晶圆缺陷检测系统。

日前，KLA Instruments亮相一年一度的2024中国材料大会，并借此次机会展出纳米压痕仪、光学轮廓仪、探针式轮廓仪、电阻测量仪的多款重点机型。期待您的莅临。

“中国材料大会”是中国材料研究学会的学术年会，是重要的系列品牌会议之一，是中国新材料界学术水平很高、涉及领域很广、前沿动态很新的超万人学术大会，是面向国家重大需求、推动新材料前沿重大突破的高水平品牌大会。大会涵盖能源材料、环境材料、先进结构材料、功能材料、材料设计制备与评价等5大类主题，距今已成功举办23届。

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小课堂-本期课程：

在低温下对小尺度丁苯橡胶进行纳米压痕的动态力学分析

丁苯橡胶 (SBR) 是一种合成橡胶聚合物，旨在取代天然橡胶。SBR因其弹性性能和耐磨特性而广泛应用于轮胎、粘合剂、电池、扬声器和建筑材料中。

本次研究，利用KLA高精度纳米压痕仪的DMA功能，在低温条件下对SBR 橡胶的储存模量进行分析。

丁苯橡胶（SBR）的化学公式

实验方法

配备载荷分辨率小于1nN的IF50加载器和 50μm 直径的平压头的 KLA 纳米压痕，对安装在制冷样品台的 SBR 进行DMA测试，样品可冷却到 -60°C以下，整个变温过程由PID控制，加热和冷却同步工作，整个测试中，制冷样品台的外壳始终维持在室温。惰性气体充满样品腔室，以减轻其与大气的化学反应，并防止在样品表面结霜。

KLA DMA 测试技术

ProbeDMA 是一种动态纳米压痕测量技术，用于测量不同频率下的材料的粘弹性。ProbeDMA 可在样品表面的特定区域定量的进行动态特性的测量。此外，相较与传统DMA机台，ProbeDMA 更可精确的测试聚合物涂层和薄膜。

ProbeDMA 测试流程如下图所示。

ProbeDMA 在所有 KLA 纳米压痕上都可用，且可以与各种平压头配合使用。KLA 可在各个压痕型号上提供从 -60°C 到 800°C 的变温样品台。该控温范围可确保在各种材料上进行变温实验和蠕变实验。

结果与总结

丁苯橡胶（SBR）的随温度变化和频率变化的储存模量的对数-对数结果如下图。

丁苯橡胶的储存模量随温度和频率变化

三个测试温度分别为室温、-28.5°C 和 -66.0°C ，在三个温度下分别从 1Hz 测到 200Hz 。随着温度降低，储存模量显著增加，1Hz 21.0°C 时为 80MPa，而 1Hz -66°C 时为 1600MPa。

变温条件下储存模量明显的变化，凸显了在DMA测试中变温附件的重要性。