Een nieuwe methode toepassen, technologen en materiaalwetenschappers zullen snel, nauwkeurig en niet-destructief informatie verkrijgen over de microstructuur en functionaliteit van transparante materialen, waaronder enkele kristallen, bril, en keramiek. Het artikel is gepubliceerd in de Dagboek van legeringen en verbindingen .

Wetenschappers van de Far Eastern Federal University (FEFU) gebruikten een uniek wiskundig model om de gegevens van 3D-beelden van defecten in het volume van transparante functionele materialen te berekenen. De eerste set experimentele gegevens werd verkregen via confocale laser scanning microscopie (CLSM), een speciaal type licht-optische microscopie. De oplossing is van groot belang voor technologen en materiaalwetenschappers.

"De functionele eigenschappen van transparante materialen (kristallen, bril, keramiek) worden grotendeels bepaald door hun resterende porositeit. Dus, de laserefficiëntie van keramische monsters is hetzelfde als voor commerciële eenkristallen en glazen als de resterende porieconcentratie lager is dan <10-4 procent in volume. Dit zijn extreem lage waarden. Visualisatie van resterende porositeit met zulke lage tarieven vereist speciale technische inspanningen en betrouwbare methoden voor hun kwantitatieve evaluatie, " zei Denis Kosyanov, senior onderzoeker bij de School of Natural Sciences, FEFU.

Volgens co-auteur Alexander Zakharenko, er zijn verschillende technieken om de volumetrische structuur van materialen te visualiseren. Onder hen zijn röntgencomputertomografie (CT), gerichte ionenbundeltomografie (FIP), confocale laserscanning (CLS), enz. Echter, CT-methode vereist een synchrotron-stralingsbron, en de FIP is destructief voor het object onder het onderzoek en kan daarom niet twee keer hetzelfde gebied onderzoeken.

"De niet-destructieve CLSM-methode stelt ons in staat om een ​​transparant materiaal kwalitatief en snel te karakteriseren met de constructie van een 3D-model voor de verdeling van de defecten in het volume. Door de golflengte van de toegepaste laserstraling te variëren, we kunnen het mogelijke scanvolume van het object en de groottedrempel voor het detecteren van defecten regelen - van tientallen nanometers tot enkele microns, " zei Alexander Zakharenko, een senior onderzoeker bij FEFU.

Co-auteur Alexey Zavjalov zei dat alle bekende visualisatiemethoden alleen een kwalitatieve beoordeling van de microstructuur van materialen bieden. Een belangrijk punt voor het FEFU-team was de ontwikkeling van een methode voor het kwantificeren van de porositeit van transparante materialen met behulp van microscopiegegevens.

"Het is noodzakelijk om te verduidelijken dat de microfoto informatie geeft over een bepaald deel van het monster. de poriegroottes bij de snede komen niet overeen met hun werkelijke grootte. Als men een sferische benadering gebruikt, de poriegrootte op de snede zal alleen samenvallen met de werkelijke grootte als de snede precies door het midden van de porie gaat. Echter, voor de overgrote meerderheid van de poriën, de snede zal ofwel boven of onder hun middelpunten passeren. We hebben er ook rekening mee gehouden dat secties van gelijke grootte kunnen worden gevormd voor poriën met verschillende diameters. Deze beoordelingen waren de basis van ons wiskundige model voor het herstellen van de verdeelde poriegrootte in het materiaal volgens de experimentele gegevens van hun grootte bij de snede van het monster, " zei Alexey Zavjalov, een onderzoeker bij de FEFU Academic Department of Nuclear Technologies.

"Door CLS-microscopie toe te passen in combinatie met de originele methode van experimentele gegevensberekening, we leerden hoe we de hoeveelheid en grootte van de porositeit van transparante functionele materialen correct kunnen bepalen. Vooral, met behulp van het voorbeeld van laserkeramiek 1-4 bij procent Nd3 +:YAG met een bekend functionaliteitsniveau, we vergeleken onze aanpak met 's werelds bekende methoden en toonden de maximale efficiëntie. Als resultaat van ons werk, werd het mogelijk om kenmerken van objecten met een hoge dichtheid op een nieuw niveau op te halen, waardoor de precisie van de technologieën van hun creatie wordt verbeterd, ' zei Denis Kosjanov.