汇集分析方案，聚焦材料科学：（三）材料结构解析

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，各种材料的运用很大程度上反映了人类社会的发展水平，而材料科学也日益成为人类现代科学技术体系的重要支柱之一。

材料的结构和组成是决定材料性能的基础，而对材料结构的研究是合理设计、制造、选用材料的基础。无论是宏观结构还是微观结构，岛津历史悠久、种类丰富的X射线产品都可以做您科研路上的火眼金睛。

材料结构解析

多功能多晶X射线衍射仪XRD / 微焦点X射线CT

多功能多晶X射线衍射仪XRD

多晶X射线衍射仪利用X射线衍射法对物质进行非破坏性的物相分析。通过对衍射谱图中峰位置、峰强度以及衍射峰形的解析，可以进行样品中物相和微结构分析，包括物相的定性和定量、晶格常数的精密测定、应力测定、晶体取向、结晶度等。

岛津XRD-7000型多功能X射线衍射仪采用高精度垂直测角仪，独立2轴驱动模式，可扩展的超大样品空间设计，可满足各种类型样品的X射线衍射分析要求。

XRD-7000

应用：应力分析 

用X射线衍射仪分析残余应力是非破坏性的，可以广泛地应用于实际零件的性能评估和质量管理等。

本附件可以用侧倾法和同倾法两种方法进行分析，所以可以分析在同样位置上正交两个方向的应力，而且用侧倾法可以分析齿轮牙谷等凹部位的应力。

应用：薄膜分析 

当进行小于1μm薄膜层的分析时，利用低角度入射的平行X射线抑制侵入基底材料，得到只从表面层产生的高灵敏度衍射X射线。在改变入射X射线角度的情况下进行分析时，从检测到由基底材料产生的衍射X射线时的角度，可以知道薄膜层的大致厚度。该附件有样品台供选择，也可以分析薄膜表面层的取向度。

微焦点X射线CT

工业用X射线CT被广泛应用于锂电池材料、复合材料和生物医学材料的研究开发中。

岛津微焦点X射线CT系统inspeXio SMX-100CT Plus能够清晰地观察到树脂、骨头等轻质材料的内部结构，获得高放大倍率3维图像，具有操作简便、速度快、可直接呈现任意断面图像的特点。

应用：对锂电池正负极的观察

inspeXio SMX-100CT Plus

应用：工业CT在生物材料研究中的应用

InspeXio SMX-90CT Plus

牙齿MPR

VR

三维立体打印塑形实例

将拍摄的牙齿CT数据通过逆向工程软件Point Master，处理成STL数据（多边形数据）之后，由3D打印机实现实体化的范例。可通过CT扫描→3D立体打印机，简单快捷地在短时间对生物体样品实现建模、结构评估。

应用：使用工业CT进行“CO_2-盐水-岩石体系孔隙尺度润湿与流动机理研究”实验

inspeXio SMX-225CT系列

孔隙尺度CO_2-盐水-岩石体系接触角测量

本研究基于micro-CT成像技术，开发了用于原位条件下孔隙尺度接触角测量方法。如图1所示，首先对原始CT图片进行降噪与裁剪，选取感兴趣的研究区域，并利用局部阈值法（分水岭法）进行图像分割；然后基于Avizo等软件确定分割后气-液-固三相接触线，在三相接触线上随机取点，找到该点所在位置的法平面，对该法平面该点位置的二维接触角进行测量，此时的二维接触角值即为该点的当地接触角；重复上述步骤就可对不同位置的当地接触角进行测量。

图1孔隙尺度接触角测量方法：（a）图像裁剪；（b）图像分割；（c）气液固三相线确定；（d）法平面确定；（e）局部接触角测量

图2给出了玻璃砂与石英砂多孔介质在超临界CO2-6 wt% KI驱替条件下孔隙尺度接触角分布。发现受孔隙结构、粗糙度与毛细管力等因素影响，玻璃砂与石英砂孔隙尺度接触角均呈现出近似正态分布，并且接触角范围较广，结果表明了真实多孔介质的实际润湿性更加复杂，同时说明用传统方法在理想条件下所得结果来评价实际多孔介质的润湿性不够准确，并由此可能造成对多孔介质内流体运移规律的研究结论不准确。

图2超临界CO2–6 wt% KI驱替条件下（a）玻璃砂与（b）石英砂孔隙尺度接触角分布

注：本数据来源于大连理工大学能源与动力学院

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