Caracterización mecánica de hidrogeles mediante ensayos de nanoindentación
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Resumen
Los materiales blandos se caracterizan por presentar comportamientos mecánicos complejos, en muchas ocasiones asociados a no linealidad y dependencia del tiempo. Los ensayos de indentación son una técnica experimental que permite caracterizar mecánicamente un material a diferentes escalas, lo que hace posible identificar mecanismos físicos asociados al comportamiento de los materiales blandos. Cuando la escala del ensayo es muy pequeña y entra en el rango de los nanómetros, los fenómenos de adhesión pueden ser muy relevantes y deben ser tenidos en cuenta para extraer las propiedades mecánicas del material. Los modelos mecánicos del continuo más conocidos (Hertz, Johnson-Kendall-Roberts, etc.) suelen estar basados en las hipótesis de elasticidad, linealidad e independencia del tiempo. Para poder aplicar estos modelos a materiales blandos es necesario combinarlos con análisis viscoelásticos.
En este trabajo se presenta una metodología de análisis de los resultados de ensayos de nanoindentación en materiales blandos que utiliza el principio de correspondencia para determinar la función de relajación viscoelástica y la energía de adhesión. A partir de las curvas fuerza-desplazamiento medidas en ensayos de nanoindentación se aplica la transformada de Laplace-Carson para convertir el problema viscoelástico real en un problema elástico equivalente. En el espacio transformado se aplican los modelos de contacto de continuo y se extraen las propiedades objetivo al deshacer la transformada de Laplace-Carson.
Esta metodología se ha utilizado para caracterizar diversos hidrogeles con aplicaciones en la ingeniería biomédica y en la ingeniería de tejidos.
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