多设备联用造就“黑色黄金”！蔡司关联显微技术助力碳纤维“现原形”

首先，使用蔡司正置显微镜 Axio Imager 2 对碳纤维复合材料进行光学成像，并使用蔡司ZEN core软件对图像进行二值化，提取纤维并进行定量分析。结果显示，该截面上碳纤维面积约占54%（46%树脂）。除此之外，还可以进一步分析碳纤维的形状分布（如Feret粒径分布、圆度等）以及横截面积分布等情况，这些数据对于碳纤维材料研发和生产过程中工艺改进和质量控制非常重要。

如上图中纤维的 Feret 粒径分布统计结果中出现了两个峰，这种现象可能是由于纤维的取向不同造成的。为了获得更准确的信息，对整个样品的三维内部结构进行观察和分析就显得尤为重要。

为此，使用蔡司X射线显微镜将2D成像扩展到3D，对样品进行不同分辨率的多尺度三维无损成像。

图像证实，样品中确实存在多层纤维，内部空隙和分层尺寸从几微米到几十微米不等。借助Dragonfly Pro对纤维特征进行提取和分析，可以得到纤维的直径分布等信息。

值得注意的是，在X射线显微镜图像中，样品表面附近存在一个高亮的纤维区域，在光镜图像中，这部分与局部无机成分材料的衬度一致，很容易被认为是同一种物相或结构。

为此，借助蔡司双束电镜 Crossbeam 系列进行纳米级表征，并利用EDS能谱对高亮区纤维成分进一步分析，捕捉到的化学信息证实了纤维微观结构中存在两种不同的材料，即碳纤维和玻璃纤维。

总结

综合光镜、X射线显微镜和双束电镜逐步深入的测量结果，以及由此确定的材料特性和微观结构完整信息进行关联数据分析。结果显示，该试样由50%的碳纤维、35%的基质和15%的玻璃纤维（均为体积百分比）组成。

最后，将三维相关数据与相关材料特性相结合，采用数值模拟的方法，对材料的性能进行预测。结果表明，在极端载荷下，纤维基体边界处存在最高应变点；同时还可以获得材料的弹性模量及泊松比等参数，各项数据与典型碳纤维复合材料的预期性能一致。

至此，利用蔡司 ZEN core EM 关联显微技术，可生成碳纤维复合材料的多尺度模型，进一步实现材料中碳纤维结构和材料性能数据分析。整个过程，光学显微镜提供了对微观结构数据的快速获取，实现纤维在二维尺度上的定性和定量分析；X射线显微镜获取微观结构的3D模型；电镜和能谱仪提供高分辨成像和成分的精确定性定量描述，为材料性能预测的数值模拟提供了可靠的数据。

了解：ZEN core 图片量化分析  →