Ny billedbehandlingsteknik afslører, hvordan mekanisk skade begynder på molekylær skala

Et team af forskere ledet af forskere ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Argonne National Laboratory har udviklet en ny billedbehandlingsteknik, der giver dem mulighed for at se, hvordan mekanisk skade begynder på molekylær skala. Teknikken, kaldet high-resolution scanning probe microscopy (SPM), kan afbilde materialer med hidtil uset opløsning, så forskerne kan se individuelle atomer og molekyler.

SPM virker ved at scanne en skarp spids hen over overfladen af ​​et materiale. Når spidsen bevæger sig, interagerer den med atomerne og molekylerne på overfladen, hvilket får dem til at vibrere. Vibrationerne registreres af spidsen, som derefter bruges til at skabe et billede af overfladen.

Forskerne brugte SPM til at afbilde overfladen af ​​en metallegering, der var blevet udsat for mekanisk belastning. De fandt ud af, at spændingen havde fået atomerne i legeringen til at omarrangere sig selv og danne små revner og defekter. Disse revner og defekter kan i sidste ende føre til svigt af materialet.

Forskerne siger, at SPM kan bruges til at studere en lang række materialer, herunder metaller, keramik, polymerer og biologiske materialer. Teknikken kan bruges til at udvikle nye materialer, der er mere modstandsdygtige over for mekaniske skader, og til at forbedre ydeevnen af ​​eksisterende materialer.

"SPM er et kraftfuldt nyt værktøj, der giver os mulighed for at se, hvordan mekanisk skade begynder på molekylær skala," sagde Argonne materialeforsker Dr. Amitesh Paul, der ledede forskerholdet. "Denne information kan bruges til at udvikle nye materialer, der er mere modstandsdygtige over for skader, og til at forbedre ydeevnen af ​​eksisterende materialer."

Forskerholdets resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications.

Finansiering til forskningen blev leveret af DOE's Office of Science og National Science Foundation.