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帶你走進纖維材料的三維世界

帶你走進纖維材料的三維世界
麥奇克/Microtrac  2020-03-20  |  閱讀:1886

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1月23日武漢宣布封城,至今已經(jīng)過去了將近2個月。從媒體報道來看,國內(nèi)疫情在一天天的好轉,但是對于那些需要外出的朋友們來說,還是不要放松警惕,準備好防護工具——口罩!??!關于口罩,現(xiàn)在大家面臨的最大的問題可能已經(jīng)不是選擇什么樣的口罩了,而是我還剩下什么口罩!


今天我們公眾號的內(nèi)容也是與口罩相關,雖然我們不制造口罩,但是我們提供可以用來研究口罩的設備。讓我們先來簡單的認識一下醫(yī)用口罩,再來看看我們的XRM可以對口罩這類纖維復合材料有什么樣的幫助。


醫(yī)用口罩的結構和作用機理


醫(yī)用口罩實物圖片和SEM獲取的橫截面圖片分別展示了口罩的宏觀結構和微觀結構,不難看出,不同層因其功能不同,選用的材料也有很大的差異。中間層主要用來過濾病菌,厚度約為156μm,纖維更細小,堆疊更密實。


▲1.常見醫(yī)療口罩的構成(圖片來自新華網(wǎng))

2.口罩橫截面SEM圖片(https://www.instrument.com.cn/news/20200203/521212.shtml)

3.熔噴布微觀結構圖(https://www.instrument.com.cn/news/20200203/521212.shtml)


中間層通常是聚丙烯熔噴無紡布,纖維直徑分布在0.5~10μm,以1~4μm為主。纖細的纖維,在三維空間中交織成網(wǎng)狀結構,在保證空氣流通順暢的情況下,提供盡可能大的表面積,通過各種不同作用機理來過濾病菌,顆粒。這種網(wǎng)狀結構的特征,尤其是三維空間的結構特征是影響其過濾能力的重要因素之一,比如纖維材料的孔隙率,結構分離程度,結構厚度分布,纖維取向分布等。在二維尺度上,SEM為我們提供了非常清晰的圖像,可以用來對不同截面進行的分析。如果我們需要無損的,高分辨率,高襯度的三維圖像呢?布魯克公司的SkyScan系列三維X射線顯微鏡可以滿足這樣的需求:



01 無損


不需要進行切片,染色或噴金等樣品處理。

樣品可重復測試,進行縱向比對。


02 無損高襯度圖像


聚丙烯這類主要由C,H等輕元素組成的物質(zhì),對X射線吸收非常弱,想獲得足夠高的對比度,①要求X射線探測器的靈敏程度高,可以識別出微小的信號差異,獲取吸收襯度信息。②設備整體精度高,探測器靈敏度高,在吸收襯度之外,還可以利用X射線相位的變化,獲得包含相位襯度的圖像。

纖維CT虛擬切片,同時包含吸收襯度和相位襯度信息,分辨率350nm,纖維絲邊界清晰


03 大工作距離條件下的高分辨率模式


大工作距離條件下的高分辨率掃描,一般是通過透鏡或光錐對閃爍體產(chǎn)生的信號進行二次放大,布魯克SkyScan采用高分辨率CCD探測器(1100萬像素,普通探測器一般為400萬像素)+具有放大功能的光纖實現(xiàn)幾何放大和光錐二次放大,并且在進行二次放大的同時,可以保證成像速度,在合理的時間內(nèi)完成大工作距離下的高分辨率掃描。


SkyScan2214光錐耦合兩級放大


04 軟件套裝 3D. Suite


SkyScan系列產(chǎn)品標配軟件包3D.Suite,詳細信息可了解https://www.bruker.com/products/microtomography/micro-ct-software/3dsuite.htm


定量分析軟件可實現(xiàn):

  • 孔隙率

  • 比表面積

  • 纖維直徑分布

  • 局部孔徑分布

  • 纖維取向

復合材料纖維取向


利用三維X射線顯微鏡,獲取材料三維結構圖像,結合配套的專業(yè)分析軟件,就可以突破二維空間的限制,打開3D甚至是4D研究領域的大門。


文章來源:布魯克X射線部門

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