TM 08/2012 - TechMagazín

Téma: Metody nedestruktivního zkoušeníNEDESTRUKTIVNÍ 3D ZOBRAZOVÁNÍS VYSOKÝM ROZLIŠENÍMV současnosti je již k dispozici technologie pro charakterizaci povrchu a vnitřních strukturs rozlišením od mm do 50 mm a to bez nutnosti přípravy vzorku. Pokud uvažujeme zobrazovacímetody s vysokým rozlišením existuje více technik, které toto zvládnou. Nicméně existujevelmi málo nedestruktivních technik, které dokáží analyzovat a s vysokým rozlišením zobrazitpovrch vzorku s jehovnitřní strukturu, nebo jeho pórovitost a vnitřní 3D propojení.RTG počítačová tomografie (X-ray CT)Rentgenové paprsky (RTG, X-ray) naopak mají tuvýhodu, že pouze slabě interagují s hmotou a pronikajíhluboko do materiálů - ať už jsou to plynné,tekuté nebo pevné neprůhledné materiály. Vědaa výzkum využívají již dlouho RTG paprsky pro nedestruktivnítestování, zatímco v lékařské komunitěbyly od roku 1960 úspěšně nasazeny počítačovétomografy (CT – computed tomography scanners).Lékařské CT může poskytnout rozlišení v mm nebosub-mm měřítku. Konvenční mikro CT má rozlišeníod desítek mikronů do několika mikronů a otevírátak řadu výzkumných aplikací v bio-medicíně, polovodičovémprůmyslu, analýze materiálů nebogeologickém výzkumu.Omezení spojená s rozlišeníma kontrastemNicméně pro řadu nových aplikací, jako je tkáňovéinženýrství, výzkum alternativních zdrojů energie(např. palivové články), pokročilé kompozitní materiály,MEMS, polovodiče a nanotechnologie,konvenční CT postrádají potřebnou rozlišovacíschopnost pro vizualizaci struktur nebo defektů,které jsou v řádech mikronů nebo méně. Navícmnoho biologických materiálů, polymerů a kompozitůmá velmi nízkou absorpci v RTG oblastia proto je zobrazovací kontrast pro tyto materiályvelmi nízký dokonce i při nízkém rozlišení.Nové mikro a nano CT aplikaceS potěšením můžeme představit novou řadu mikroa nano CT systémů od firmy Xradia Inc., které zaplňujímezeru v oblasti kontrastu a rozlišení, kterýmitrpí konvenční CT systémy.Systémem VersaXRM dosahuje zobrazovacího rozlišeníaž 0,7 mikrometrů a to dokonce i v případěNavíc neexistují žádné zobrazovací metody,Nkteré by tuto technologii jednoduše zvládlypro vzorky v násobné délkové škále – odmm- po nano-měřítko.3D RTG CT snímek zakončení lidského nervuKonvenční zobrazovací metodySEM (Skenovací Elektronová Mikroskopie) a AFM(Atomic Force Microscopy) jsou příkladem povrchovýchvizualizačních nástrojů. TEM (TransmisníElektronová Mikroskopie) na druhé straně vyžadujeultratenký vzorek. Ve většině případů je nutné provéstdestruktivní přípravu průřezu vzorku pomocífyzikálního nebo chemického procesu. Tento přístupmůže být únavný a může vnést do vzorku artefakty.Optická a konfokální mikroskopie je omezenadifrakčním limitem s prostorovým rozlišením,v nejlepším případě kolem 150 nm. Zatímco elektronovámikroskopie může dosáhnout prostorovéhorozlišení v nm, nebo Å měřítku, může být přípravavzorku velmi komplikovaná a to včetně potřeby vakuovékompatibility a elektrickou vodivosti vzorku.Navíc konvenční zobrazovací metody pracují ve 2Da tak je obtížné charakterizovat funkční a strukturálnízměny materiálů a senzorů ve 3D. Taková analýzav násobném měřítku je pak naprosto nemožná.Mozková tkáň skotu – Cevní studieStudie pouzdra polovodiče – Analýza poruchybiologických a měkkých materiálů s nízkým kontrastem.Vysokého rozlišení lze dosáhnout i prorelativně velké vzorky, často aniž by bylo nutnézmenšovat rozměry vzorku. Díky fázově vylepšenéoptice je nyní také možné zobrazovat materiálys přirozeně nízkým kontrastem – např. buňky uvnitřtkáně, rozhraní a povrch kostních chrupavek bezselektivního barvení, vizualizace malých hustotníchrozdílů v polymerních kompozitech nebo rozlišenía analýza prasklin, defektů, dutin, pórů a spojnicv porézních materiálech.Pro případ nano-zobrazovaní je zde systém nano-XCT, který rozšiřuje zobrazovací možnosti až dorozlišení pod 50 nm. Toto vysoké rozlišení a kontrastotevírá zcela nové možnosti v různých výzkumnýchoblastech, od bio-medicíny až po materiálové inženýrství,zejména tam, kde je potřeba zhotovitpřesný model vzorku bez nutnosti jeho invazivnínebo destruktivní přípravy. ■ Ing. Aleš JandíkLAO – průmyslové systémy, s.r.o., www.lao.cz8/201221