Et hurtigt og præcist kig på fiberforstærkede kompositter

Forskere ved Paul Scherrer Institute PSI har forbedret en metode til small angle X-ray scattering (SAXS) i en sådan grad, at den nu kan bruges i udviklingen eller kvalitetskontrollen af ​​nye fiberforstærkede kompositter. Det betyder, at i fremtiden sådanne materialer kan undersøges ikke kun med røntgenstråler fra særligt kraftige kilder såsom den schweiziske lyskilde SLS, men også med dem fra konventionelle røntgenrør. Forskerne har offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Naturkommunikation .

Nye fiberforstærkede kompositter bliver stadig vigtigere som stabile og lette materialer. Et eksempel på denne type komposit er kulfiberforstærkede polymerer (CFRP), som bruges i flykonstruktion eller i konstruktion af Formel 1 racerbiler og sportscykler. Egenskaberne af disse materialer afhænger i høj grad af, hvordan de bittesmå fibre er justeret, og hvordan de er arrangeret og indlejret i det omgivende materiale, påvirkning af det mekaniske, optisk, eller elektromagnetisk opførsel af kompositterne.

For at undersøge fiberens orientering i sådanne kompositter, forskere skal kigge ind i dem. Man kunne bruge lille vinkel røntgenspredning (SAXS), udnytter det faktum, at røntgenstråler spredes, når de trænger ind i stoffet. Det resulterende spredningsmønster kan derefter bruges til at opnå information om det indre af en prøve og potentielt fibrenes orientering. Imidlertid, de almindelige SAXS-metoder har den ulempe, at de er ret langsomme:Det kan tage op til flere timer at scanne prøver i centimeterstørrelse med den nødvendige opløsning.

Iagttagelse af bindingen af ​​et kulfiberbånd

Forskere ved Paul Scherrer Institute PSI og ETH Zürich, sammen med kolleger fra EPF Lausanne og den danske spin-off virksomhed Xnovo Technology, er det nu lykkedes at videreudvikle teknologien til praktiske anvendelser. "Den afgørende faktor var, at vi installerede en række røntgenlinser bag prøven. Dette gør det muligt at detektere flere lokale spredningsmønstre, der afspejler den rumlige indre struktur af en prøve med kun ét røntgenbillede, gør det muligt for os at tage et stort antal billeder i træk, siger Matias Kagias, opfinderen af ​​metoden og en postdoc-forsker i PSI-røntgentomografigruppen ledet af Marco Stampanoni. Som et principbevis, forskerne brugte den nye metode til at vise fibrenes orientering i et kulfiberbånd under knudeprocessen. De opnåede tidsopløste røntgenprojektioner med en hastighed på 25 billeder i sekundet over en periode på 11 sekunder.

Anvendelser inden for medicin og sikkerhed er tænkelige

Den nye metode virker ikke kun med røntgenstråler fra synkrotronanlæg som Swiss Light Source SLS, men også med stråler fra konventionelle røntgenrør. Derfor, siger prof. Marco Stampanoni, "det forventes, at denne nye tilgang vil finde praktiske anvendelser inden for medicinsk udstyr og ikke-destruktiv testning såvel som inden for hjemlandsikkerhed."

Forskerne har offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Naturkommunikation .