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在材料科學和工程領域，對材料內(nèi)部結構的深入理解對于新材料的開發(fā)和現(xiàn)有材料性能的提升至關重要。顯微計算機斷層掃描（Micro-CT）技術作為一種先進的成像工具，能夠在不破壞樣品的情況下，揭示材料內(nèi)部的微觀結構，包括孔隙率、裂紋、顆粒分布和相界面等。

顯微CT以其高分辨率、非侵入性和多尺度分析能力，為材料結構、性能與失效機理的研究提供了全新的手段。本文將從顯微CT的基本原理、技術特點及其在材料研究中的典型應用展開討論。

PART.01  顯微CT的基本原理

顯微 CT 技術利用 X 射線照射樣品，通過探測器記錄透射的 X 射線強度分布，再利用計算機算法重構出樣品的三維內(nèi)部結構。其獨特之處在于能夠在非破壞的情況下，提供高分辨率和全方位的三維圖像。

顯微 CT 結構示意圖：射線源和探測器不動，樣品臺旋轉

顯微 CT 技術可以無損地提供詳細的材料內(nèi)部信息，包括：

結構信息：如直徑、體積、表面積、圓度、連通性、空間分布......

密度信息：如空腔孔隙、元素輕重、成分分布......

三維模型：如有限元分析、3D 打印...... 

PART.02  Neoscan 顯微CT在材料研究中的應用

應用一：復合材料

顯微CT技術在復合材料領域的應用至關重要，它提供了一種非破壞性的三維成像方法，使得研究人員能夠詳細觀察和分析材料內(nèi)部的微觀結構，包括纖維分布、孔隙、裂縫、界面結合以及材料加工過程中的損傷和缺陷。這些信息對于優(yōu)化復合材料的設計、提高其力學性能、確保質(zhì)量和可靠性以及指導材料科學創(chuàng)新具有重要作用。通過顯微CT技術，復合材料的內(nèi)部特性得以清晰展現(xiàn)，為材料性能的預測、評估和改進提供了科學依據(jù)。

使用Neoscan N90 高分辨納米CT以 168nm 體素尺寸掃描CFRP 碳纖維增強復合材料，內(nèi)部結構清晰可見

使用Neoscan 高分辨顯微CT以 860nm 像素大小掃描玻璃纖維增強復合材料，內(nèi)部結構清晰可見

使用 Neoscan 臺式顯微CT掃描三維編織復合材料，可清晰展示其內(nèi)部結構，觀測內(nèi)部孔隙分布與進行孔隙率計算，并提取空腔和各組分進行空間分布展示 

應用二：高分子材料

顯微 CT 技術作為一種強大的無損檢測工具，已經(jīng)在高分子材料的研究和開發(fā)中展現(xiàn)了廣泛的應用前景。無論是孔隙分析、纖維結構表征，還是裂紋檢測與熱老化監(jiān)測，顯微 CT 都能夠提供深入的微觀結構信息，幫助研究人員深入理解材料的微觀結構和性能之間的關系，促進企業(yè)優(yōu)化工藝、提升產(chǎn)品性能。在未來，顯微 CT 將繼續(xù)推動高分子材料領域的創(chuàng)新發(fā)展，為更多行業(yè)提供高性能的材料解決方案。

使用Neoscan 高分辨顯微CT掃描過濾海綿，內(nèi)部結構清晰可見

 應用三：陶瓷材料 

顯微CT技術允許研究人員能夠詳細觀察和分析陶瓷材料的內(nèi)部微觀結構。通過該技術可以揭示陶瓷中的孔隙、裂紋、晶界、相分布以及材料的密度和成分分布，對于理解陶瓷的力學性能、熱穩(wěn)定性和耐磨性至關重要。顯微CT技術還有助于評估陶瓷材料在制造過程中的缺陷，如燒結過程中產(chǎn)生的氣孔和微觀裂紋，從而指導材料的優(yōu)化和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

使用 Neoscan 高分辨顯微CT掃描陶瓷材料。計算內(nèi)部孔隙度，提取三維微觀結構進行有效滲透率模擬，并提出與微觀結構指標的相關性

使用Neoscan N90 高分辨納米CT以 170nm 體素尺寸掃描MLCC 多層陶瓷電容器，無損揭示電容器內(nèi)部結構、電極層和陶瓷介質(zhì)層分布

 應用四：金屬材料

 顯微CT在金屬材料領域發(fā)揮著重要作用，通過其高分辨率的三維成像能力，可以直觀觀察金屬內(nèi)部微觀結構，揭示氣孔、裂紋及夾雜物等缺陷特征，評估其對材料性能的影響。此外，顯微CT還能動態(tài)監(jiān)測金屬材料在熱處理、加載或腐蝕過程中的微觀變化，幫助優(yōu)化制造工藝和改進材料設計，是研究金屬力學性能、疲勞行為及失效機制的關鍵工具。

使用Neoscan 高分辨顯微CT掃描 3D 打印鈦合金零件，通過CT掃描提取模型，與原始CAD模型對比，找到制造偏差

Neoscan N80 高分辨顯微CT 有110kV的球管電壓，可透過鋁合金渦輪最厚 7 厘米的部分進行成像。

 應用五：鋰電材料

顯微CT在鋰電材料研究中主要用于無損解析電極和電池內(nèi)部的三維微觀結構，評估活性材料的分布、孔隙率、顆粒形態(tài)及電極厚度均勻性，同時揭示電極材料在充放電循環(huán)中的體積變化、裂紋形成和界面演化過程。該技術為優(yōu)化鋰電材料設計、提升電池性能及研究失效機制提供了重要支持。

使用 Neoscan N90 高分辨納米CT 以 580nm 體素尺寸掃描鋰電池，內(nèi)部結構得以清晰展示

推薦閱讀：納米CT如何顛覆鋰電池研發(fā)，打造更強、更安全的電池！

應用六：木材

顯微CT在木材研究中具有重要應用，可用于無損解析木材內(nèi)部的微觀結構，包括纖維排列、導管分布、孔隙特性和年輪結構等。它能夠揭示木材在干燥、加工、加載及降解過程中的內(nèi)部變化，分析裂紋、空洞等缺陷的形成與擴展。此外，顯微CT還能用于研究木材-膠粘劑界面結合特性、生物侵蝕路徑及木材改性效果，為木材科學、加工工藝優(yōu)化及產(chǎn)品性能提升提供精確數(shù)據(jù)支持。

使用Neoscan 高分辨顯微CT掃描木材，內(nèi)部纖維排列、孔隙分布清晰可見

應用七：巖石材料

顯微CT在巖石材料研究中廣泛應用于無損解析巖石的內(nèi)部微觀結構，能夠精確表征孔隙分布、裂隙形態(tài)及礦物組分分布等特性。它在巖石的滲透性研究、儲層評價及力學性能分析中具有重要作用，可動態(tài)監(jiān)測巖石在加載、侵蝕及流體注入過程中的微觀變化。此外，顯微CT還能用于模擬巖石內(nèi)部流體流動，揭示油氣儲層。

值得一提的是，Neoscan  N90 高分辨納米CT通過配備集成的 XRF 系統(tǒng)，可以進行樣品元素的空間分布分析，實現(xiàn)化學成分的精確識別和定位。這項功能為材料科學、地質(zhì)學及生物醫(yī)學等領域的研究人員提供了更加全面的數(shù)據(jù)，能夠幫助他們深入了解樣品的成分和結構之間的關系。

使用 Neoscan N90 臺式納米 CT 掃描黃銅礦（Calcopyrite)樣品，XRF 系統(tǒng)分析其化學成分