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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2508.08951 (cond-mat)
[提交于 2025年8月12日 ]

标题: 剪切视图:一种紧凑的应力和应变控制流变仪,用于集成流变显微镜

标题: ShearView: A Compact Stress- and Strain-Controlled Rheometer for Integrated Rheo-microscopy

Authors:Nikolaos Kalafatakis, Roberto Cerbino
摘要: 我们介绍了ShearView,这是一种紧凑、经济且开源的流变仪,能够进行应变和应力控制的振荡剪切实验,同时完全兼容高分辨率光学显微镜。 设计用于透明性和模块化,该设备集成了机械简单性、双反馈控制和流变与光学数据的实时同步,从而实现了在广泛范围的软物质系统中同时研究宏观机械响应和微观结构动力学。 ShearView主要由现成组件构成,并通过自定义的LabVIEW软件进行操作。 校准程序和反馈算法允许在线性和非线性区域中准确应用任意应力或应变波形。 我们将该仪器与商用流变仪(Anton Paar MCR 702e)进行了验证,在线性粘弹性区域进行的频率扫描以及在此处测试材料和频率范围内的大振幅振荡剪切中表现出良好的一致性。 此外,我们还实现了非标准的流变协议,如扫频振荡和恢复流变。 我们通过在回声和剪切停止协议期间的同步成像进一步展示了系统的功能,突出了其将整体流变响应与潜在微观动力学联系起来的潜力。 所有硬件设计、控制软件和示例数据集均可免费获取,以促进重复使用、定制和教育部署。
摘要: We present ShearView, a compact, cost-effective, and open-source rheometer that enables both strain- and stress-controlled oscillatory shear experiments, while being fully compatible with high-resolution optical microscopy. Designed for transparency and modularity, the device integrates mechanical simplicity, dual feedback control, and real-time synchronization of rheological and optical data, thereby enabling simultaneous investigation of macroscopic mechanical response and microscopic structural dynamics across a wide range of soft matter systems. ShearView is primarily constructed from off-the-shelf components and operated via custom LabVIEW software. Calibration procedures and feedback algorithms allow for the accurate application of arbitrary stress or strain waveforms in both linear and nonlinear regimes. We validate the instrument against a commercial rheometer (Anton Paar MCR 702e), demonstrating excellent agreement in frequency sweeps performed in the linear viscoelastic regime and large-amplitude oscillatory shear for the materials and frequency ranges tested here. In addition, we implement non-standard rheological protocols such as chirped oscillations and recovery rheology. We further illustrate the system capabilities through synchronized imaging during echo and shear-cessation protocols, highlighting its potential to link bulk rheological response with underlying microscopic dynamics. All hardware designs, control software, and example datasets are freely available to facilitate reuse, customization, and educational deployment.
评论: 正文(16页)+ 补充材料(12页)
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2508.08951 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2508.08951v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.08951
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Roberto Cerbino [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 8 月 12 日 14:06:02 UTC (10,559 KB)
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