Vis enkel innførsel

dc.contributor.authorBrenden, Robin Hansennb_NO
dc.date.accessioned2014-12-19T12:27:27Z
dc.date.available2014-12-19T12:27:27Z
dc.date.created2012-04-03nb_NO
dc.date.issued2011nb_NO
dc.identifier513785nb_NO
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/241513
dc.description.abstractKomposittmaterialer har mange fordeler over tradisjonelle metaller, slik som et stortstyrke-til-vekt forhold, imponerende motstandsevne til brudd og sterke lastbærendeegenskaper, og kan skreddersyes for å tilpasse spesifikke funksjoner. Som et resultater nesten alle biologiske materialer kompositter, disse materialene er kjent for sin imponerende styrke og multifunksjonalitet. Dette er oppnådd ved en hierarkisk organiseringsom gir rom for optimalisering pa hvert nivå i hierarkiet som igjen gir denndvendige yteevnen. Bein, edderkoppsilke og eksoskjelett hos skalldyr er eksempler på slike materialer og deres struktur og mekaniske egenskaper er studert i denne oppgaven. FIB/SEM systemet blir stadig mer brukt for å studere biologiske materialer nedtil nano-nivå og for åa identifisere de komplekse strukturene som gir opphav til de imponerende mekaniske egenskapene. FIB systemets egenskaper til skjære inn i materialet og avdekke strukturer ble studert på eksoskjelettet til krabben, Cancer Pagurus,og hummeren, Procambarus Clarkii. Ulike tykkelser av gullbelegg og kritisk punkttrking ble brukt for å øke bildekvaliteten og bevare integriteten av prøven. SEM bilder avdekket nettverket av pore kanaler og fiberretninger i den bikubeaktige strukturen av den karakteristiske vridde lagvise oppbygningen. Skjæreevnen til ionestrålen ble til dels mislykket grunnet de skadelige effektene, men viser et stort potensiale for å studere strukturer under overflaten gitt de riktige teknikkene for prøvepreparering som var utenfor omfanget av denne oppgaven. For nano- og mikroindentering ble deler av eksoskjelettet montert i epoxy med tverrsnittflaten synlig, så slipt og polert for åa skape en glatt overflate. For både krabbenog hummeren ble indenteringen utført i den tverrgående retningen av skallet og ga dehyeste verdiene for hardhet og redusert elastisk modulus når den ytre overflaten i exocuticle. I endocuticle var verdiene lavere men varierende. Verdiene var hyere i krabbeskallet, for både hardhet og redusert elastisk modulus, enn for hummeren. FIB systemets egenskap til å forme prøvematerialet ble brukt til å konstruere mikropillarer med et sirkulært skjære mønster, gjennom prøving og feiling ble to pillarer lagd i exocuticle hos hummeren. En nanoindenter ble brukt for å komprimere pillarene med en maksimal kraft på 12mN. Med en kjent geometri på pillaren ble last og forskyvningsdata brukt til å beregne spenninger og tyninger i pillaren. Verdier for elastitet var sammenhengende med de fra nanoindenteringen. Arbeidet i denne oppgaven demonstrererat mikro-pillar kompresjon viser stort potensial for å avdekke lokal spenningstynings oppførsel i eksoskjelettet og, skjønt ikke utført i dette arbeidet, kan brukes til å oppdage anisotrope egenskaper ved å konstruere pillarer langs den tverrgående retningen i tillegg til normal-retningen.nb_NO
dc.description.abstractComposite materials offer many advantages over traditional engineering metals, such as a large strength-to-weight ratio, impressive crack resistance and load bearing capabilities, and can be tailored to adapt specific functions. As a result almost all biological materials are composites, these materials are renowned for their impressive strength and multifunctionality. This is accomplished by a hierarchical organization that allow for optimization in each level of the hierarchy which provide the required performance. Bone, spider silk and the crustacean exoskeleton are examples of such materials and their structure and mechanical properties are examined in this thesis. The FIB/SEM dual beam system is increasingly used as a method to study biological materials down to the nano-level and to identify the complex structural features that give rise to the impressive mechanical properties. The FIB’s milling capability to reveal internal structure was explored on the exoskeleton of the crab, Cancer Pagurus, and lobster, Procambarus Clarkii. Various thicknesses of gold coatings and a critical point drying technique was used to increase image quality and to preserve sample integrity.SEM imaging was able to reveal the pore canal network and fiber directions in the honey comb structure of the characteristic twisted plywood structure. FIB millingwas largely unsuccessful due to the damaging effects of the ion beam, but display great potential for subsurface investigation given proper sample preparation that was out ofthe scope of this thesis. For nano- and microindentation fractured pieces of the exoskeleton was mounted into epoxy revealing the cross-section, then ground and polished to create a smooth surface. For both the crab and lobster the indentation was performed in the transversedirection of the cuticle and revealed peak values for hardness (H) and reduced elastic modulus (Er) near the outer surface in the exocuticle. The endocuticle displayed lowerbut varying values. The values were higher in the crab cuticle, for both H and Er, thanfor the lobster. The specimen shaping ability of the FIB was used to fabricate micro-pillars byusing a circular milling pattern with a defined inner diameter, through trial and errortwo pillars were successfully made in the exocuticle of the lobster. A flat ended indentertip was used to compress the pillars with a maximum force of 12mN. With a knowngeometry of the pillar the load and displacement data was used to calculate stresses and strains within the pillar. Elasticity values obtained from the stress-strain curve were coherent with those from the nanoindentation. Work in this thesis demonstratethat micro-pillar compression display great potential for revealing local stress-strainbehavior in the cuticle and, though not examined in this work, can be used to detect anisotropic properties by fabricating pillars in both the transverse and normal direction.nb_NO
dc.languagenornb_NO
dc.publisherNorges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi, Institutt for produktutvikling og materialernb_NO
dc.titleLære om naturn-biologiske kompositt materialernb_NO
dc.title.alternativeLessons from nature-biological composite materialsnb_NO
dc.typeMaster thesisnb_NO
dc.contributor.departmentNorges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi, Institutt for produktutvikling og materialernb_NO


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel