德國和瑞士科學(xué)家攜手 刷新材料研究領(lǐng)域世界紀(jì)錄

德國和瑞士科學(xué)家攜手，用X射線顯微技術(shù)在1秒鐘內(nèi)拍攝了1000張斷層圖像，刷新了材料研究領(lǐng)域的世界紀(jì)錄——此前他們1秒鐘只能獲得200張斷層圖像。最新研究有助于科學(xué)家對材料內(nèi)部的快速變化和過程進行成像，有望在醫(yī)學(xué)、材料學(xué)等領(lǐng)域“大顯身手”。

計算機斷層掃描技術(shù)能從各個側(cè)面對身體的某部分進行X光透視，得出一幅三維圖像，并據(jù)此創(chuàng)建出斷層圖像用于診斷。除了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，該方法對于材料分析、無損質(zhì)量檢測或新型功能材料的開發(fā)也非常有用。如果能在更短的時間內(nèi)獲得三維圖像，就可以更好地對樣品中的快速變化和過程進行成像。

在本研究中，德國亥姆霍茲柏林(HZB)研究中心與瑞士保羅謝爾研究所(PSI)下屬瑞士光源中心(SLS)的研究人員攜手創(chuàng)造了這項新的世界紀(jì)錄，且其他參數(shù)并不受影響：空間分辨率仍舊為幾微米，卻可以連續(xù)記錄幾分鐘，這使他們可以記錄材料或制造過程中更快發(fā)生的過程。

為獲得X射線圖像，他們將材料樣本放置在自己開發(fā)的高速旋轉(zhuǎn)臺上，其角速度與相機的采集速度完全同步。來自HZB的加西亞·莫雷諾解釋說，這個轉(zhuǎn)盤使用了特別輕的部件，它可以穩(wěn)定地達(dá)到500赫茲的轉(zhuǎn)速。此外，PSI物理學(xué)家克里斯蒂安·施萊普茨使用了一種新的高速相機和特殊光學(xué)器件，大大提高了靈敏度。借助上述改進，研究人員可以每秒采集1000個三維數(shù)據(jù)集，并在幾分鐘內(nèi)生成一個巨大的數(shù)據(jù)流。

隨后，該團隊用各種樣品證明了最新斷層掃描技術(shù)的威力，如火花燃燒過程中發(fā)生的極快變化、液態(tài)金屬泡沫中氣泡的生長和合并過程等。以鋁合金為基礎(chǔ)的金屬泡沫可用于電動汽車制造領(lǐng)域，氣泡的形態(tài)、大小等對其強度和硬度非常重要。

加西亞·莫雷諾說：“我們的新方法為材料快速加工過程中的無損研究打開了一扇門，有望讓更多研究和工業(yè)界受益。”(劉霞)

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