应用案例 | “微力”见真章，DMA 850实力破局极端材料表征难题

引言

在尖端科技领域，材料的力学性能与其功能性同等重要。无论是用于脑机接口的绝缘金属微电极，还是用于MEMS及柔性电子的超薄陶瓷薄膜，其机械完整性直接决定了器件的寿命与可靠性。然而，这两类材料的表征面临看似不同却同样严峻的挑战：

传统仪器因摩擦、背隙和灵敏度限制，难以应对这些挑战。沃特世-TA仪器的Discovery DMA 850动态热机械分析仪凭借其革命性的空气轴承技术，为这两类截然不同的材料提供了统一而精密的解决方案。

真正的微力控制与测量

消除了机械摩擦，使仪器能够稳定地施加并精确测量低至0.0001N的力。这对于获取微电极涂层的微弱黏弹性信号和实现陶瓷薄膜的无损测试都至关重要。

亚纳米级位移分辨率

系统能够可靠地检测远小于1纳米的位移变化。这对于捕捉陶瓷薄膜的微小形变和精确计算微电极涂层在弯曲时的模量是不可或缺的。

优异的正弦驱动

确保了在薄膜的整个弹性变形过程中，施加的应变与测量的应力之间具有优异的线性关系和相位一致性，为材料提供精确的模量测量。

样品与夹具

将柔性绝缘金属微电极一端垂直夹入单悬臂梁夹具。

方法核心

在固定温度(如37°C体温)和固定应变下，进行频率扫描(如0.1Hz至10Hz)，最低力值仅8mN。

价值体现

直接模拟微电极在体内可能经历的不同频率的生理性机械振动(如血流搏动)。通过分析储能模量和损耗因子随频率的变化，评估聚合物绝缘层的动态刚度稳定性与振动阻尼特性，为其抗疲劳设计提供数据。

样品与夹具

将沉积在柔性聚合物衬底上的陶瓷薄膜剥离并制成标准试样，使用拉伸夹具。

方法核心

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采用应变控制模式，设定一个远低于材料断裂极限的微小振荡振幅，在高温下时最低力值仅2mN。

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进行温度扫描以评估热机械稳定性。

价值体现

该方法实现了在线性黏弹性区域内的无损测试，能精确获取脆性薄膜的动态弹性模量和内在阻尼特性，为工艺优化提供指导。

绝缘金属微电极

将得到如上图左侧所示的温度扫描曲线。核心在于通过Tan δ峰值精确确定PMMA的玻璃化转变温度，并评估其在37°C下的储能模量，以预测其在体内的抗蠕变和抗疲劳性能。

超薄陶瓷薄膜

将得到如上图右侧所示的频率扫描曲线。核心在于精确测定其在工作频率下的储能模量，并通过极低的损耗因子确认其典型的脆性行为，同时可分析模量的频率依赖性。