Onderzoekers van het Paul Scherrer Instituut PSI hebben een methode voor kleine hoek röntgenverstrooiing (SAXS) zodanig verbeterd dat deze nu kan worden gebruikt bij de ontwikkeling of kwaliteitscontrole van nieuwe vezelversterkte composieten. Dit betekent dat in de toekomst dergelijke materialen kunnen niet alleen worden onderzocht met röntgenstralen van bijzonder krachtige bronnen zoals de Zwitserse lichtbron SLS, maar ook met die van conventionele röntgenbuizen. De onderzoekers hebben hun resultaten gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Nieuwe vezelversterkte composieten worden steeds belangrijker als stabiele en lichtgewicht materialen. Een voorbeeld van dit type composiet zijn koolstofvezelversterkte polymeren (CFRP), die worden gebruikt in de vliegtuigbouw of bij de constructie van Formule 1-racewagens en sportfietsen. De eigenschappen van deze materialen hangen in grote mate af van hoe de kleine vezels zijn uitgelijnd en hoe ze zijn gerangschikt en ingebed in het omringende materiaal, het mechanisch beïnvloeden, optisch, of elektromagnetisch gedrag van de composieten.

Om de oriëntatie van de vezel in dergelijke composieten te onderzoeken, onderzoekers moeten erin kijken. Men zou kleine hoek röntgenverstrooiing (SAXS) kunnen gebruiken, gebruikmakend van het feit dat röntgenstralen worden verstrooid wanneer ze materie binnendringen. Het resulterende verstrooiingspatroon kan vervolgens worden gebruikt om informatie te verkrijgen over het inwendige van een monster en mogelijk de oriëntatie van de vezels. Echter, de gebruikelijke SAXS-methoden hebben het nadeel dat ze vrij traag zijn:het kan tot enkele uren duren om monsters van centimeters met de vereiste resolutie te scannen.

Observeren van het knopen van een koolstofvezellint

Onderzoekers van het Paul Scherrer Instituut PSI en ETH Zürich, samen met collega's van EPF Lausanne en het Deense spin-off bedrijf Xnovo Technology, zijn er nu in geslaagd de technologie voor praktische toepassingen verder te ontwikkelen. "De beslissende factor was dat we een reeks röntgenlenzen achter het monster hebben geïnstalleerd. Dit maakt het mogelijk om met slechts één röntgenopname meerdere lokale verstrooiingspatronen te detecteren die de ruimtelijke binnenstructuur van een monster weerspiegelen, waardoor we een groot aantal opeenvolgende foto's kunnen maken, " zegt Matias Kagias, de uitvinder van de methode en een postdoctoraal onderzoeker in de PSI-röntgentomografiegroep onder leiding van Marco Stampanoni. Als bewijs van principe, de onderzoekers gebruikten de nieuwe methode om tijdens het knoopproces de oriëntatie van vezels in een koolstofvezellint weer te geven. Ze verkregen in de tijd opgeloste röntgenprojecties met een snelheid van 25 beelden per seconde gedurende een periode van 11 seconden.

Toepassingen in de geneeskunde en veiligheid zijn denkbaar

De nieuwe methode werkt niet alleen met röntgenstralen van synchrotronfaciliteiten zoals de Swiss Light Source SLS, maar ook met bundels van conventionele röntgenbuizen. Daarom, zegt prof. Marco Stampanoni, "Er wordt verwacht dat deze nieuwe benadering praktische toepassingen zal vinden in medische hulpmiddelen en niet-destructieve tests, evenals op het gebied van binnenlandse veiligheid."

De onderzoekers hebben hun resultaten gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .