合金シートの損傷核生成を視覚化するための階層的に誘導されたその場ナノラミノグラフィー

Scientific Reports volume 13、記事番号: 1055 (2023) この記事を引用

784 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

階層型ガイダンスは、三次元 (3D) ナノスケール X 線イメージング用に開発されており、視野を大幅に超える標本内の関心領域 (ROI) の識別、改良、追跡を可能にします。 これにより、現場調査の新たな可能性が開かれます。 実験的には、このアプローチは、連続ズーム機能を備えた拡大投影顕微鏡に基づく迅速なマルチスケール測定を利用しています。 適切なオンザフライデータ処理により、その後の実験の進行状況に関する即時かつ継続的なフィードバックが可能になります。 このため、理論的正当化と実験的検証により、いわゆる準粒子位相回復は円錐ビーム条件に一般化され、ホログラフィック顕微鏡の一般的なアプローチと比較して画像品質と解像度を大幅に損なうことなく十分に高速な計算を行うための鍵となります。 横方向に広がった板状サンプルの ROI のイメージングに特に適した 3D ラミノグラフィーを利用して、工学関連の境界条件下での合金シート内部の損傷核生成のその場調査によって階層的誘導の可能性が実証され、ナノスケールの形態学的洞察が得られます。機械的負荷下での空隙および粒子クラスターの発生。 デジタル体積相関と組み合わせて、前例のない空間分解能で変形運動学を研究します。 メソスケール (すなわち、ひずみ場) とナノスケール (すなわち、粒子亀裂) の進化の相関関係により、用途に関連した寸法を持つシート材料内の損傷核生成を理解するための新しい道が開かれます。

最新の X 線顕微鏡では、ナノスケール解像度でのサンプルの非破壊三次元 (3D) 研究が可能であり 1、その場プロセスの研究における可能性がすでに実証されています 2。 しかし、多くの場合、境界条件を維持する必要性やサンプル抽出による局所的な崩壊の危険性などにより、サンプルの小型化の可能性は制限されます。 また、X 線顕微鏡の進歩によって可能になった空間解像度の向上に関連して、それに対応して減少する視野 (FOV) にも追いつくことができません。 このため、局所コンピュータ断層撮影 (CT)1 やコンピュータ断層撮影 (CL)3 などの局所 3D イメージング手法は、関連する多くのアプリケーションにとってますます重要な役割を果たしています。 ただし、これらの局所的な手法では、検出された 2 次元 (2D) 投影画像内の特徴の過剰な重ね合わせによって、はるかに大きなサンプル内で考えられる関心領域 (ROI) の特定と選択が妨げられるか、完全に不可能になることがよくあります。 これは、サンプルがさらなる形態学的変化や変位を受ける可能性がある現場研究ではさらに複雑になります。 その結果、対象の特徴を含む画像化されたサンプルのサブボリュームの識別と継続的な再調整には、新しい測定戦略と技術が必要となります。 これに関連して、サンプルから検出面への X 線波面の伝播によって引き起こされる、記録された画像内のフレネル回折パターンの形成により、重大な問題が発生します。 これは特に、固有の円錐ビームが検出画像に対するフレネル回折の影響を効果的に高める拡大投影顕微鏡に当てはまります。 したがって、ほとんどの場合、適切な位相回復アルゴリズムによる事前の画像処理がなければ、測定された生データの直接解釈や生データに直接基づく 3D 再構成は不可能です。

ここでは、3D X 線顕微鏡検査のためのいわゆる階層ガイダンスを導入し、かなり大きなサンプル内の本質的に小さな ROI の識別と改良を可能にすることで、3D ナノイメージングの上記の制限を克服します。 特に、このような高い空間解像度を目的とした in situ イメージング実験では、正確な ROI 追跡が前提条件と考えられます。 つまり、図1aに示すように、このアプローチはマルチスケールデータセットの取得に基づいており、その後に（理想的には同時に）適切なオンザフライ2D位相および3Dボリューム再構成が直接実行されます。 取得された現在のサンプル状態の即時階層 3D 画像により、その後のデータ取得、特に動的に進化する ROI とその高解像度 3D 視覚化の継続的な調整に対する直接フィードバックが可能になります。