新的突破提供快速精确的纤维增强复合材料

时间：2021-09-03 14:52:11 来源：

Matias Kagias（左）和Marco Stackanoni在其前面的设备前面，它们使用新开发的X射线法检查了复合材料。两者都持有一个已经X射线的工件。

Paul Scherrer Institute PSI的研究人员已经改进了一种小角度X射线散射（萨克斯）的方法，以便现在可以用于新型纤维增强复合材料的开发或质量控制。这意味着在将来，这些材料可以不仅通过特别强大的X射线来研究，例如瑞士光源SLS，而且还与来自传统X射线管的X射线。研究人员今天（2019年11月12日）在“自然通信”期刊上发表了他们的结果。

新型纤维增强复合材料变得越来越重要，与稳定和轻质的材料越来越重要。这种复合材料的一个例子是碳纤维增强聚合物（CFRP），其用于飞机建筑或配方1赛车和运动自行车的施工。这些材料的性质在很大程度上取决于微小纤维的对齐方式以及它们的布置和嵌入周围材料中的布置和嵌入，影响复合材料的机械，光学或电磁行为。

Matias Kagias将夹子中的样品固定在X射线路径中定位它。

为了调查这种复合材料中的光纤的方向，研究人员必须在它们内部。人们可以使用小角度X射线散射（萨克斯），利用X射线在渗透物质时散射的事实。然后可以使用所得到的散射图案来获得关于样品内部的信息，并且可能是纤维的取向。然而，常见的萨克斯方法具有相当慢的缺点：扫描厘米大小的样品可能需要多达几个小时的时间。

观察碳纤维带的打结

Paul Scherrer Institute Psi和Eth苏黎世的研究人员与EPF洛桑的同事以及丹麦斯脱矶公司XNOVO技术，现在已经成功地开发了实际应用的技术。“决定性因素是我们在样品后面安装了一系列X射线镜头。这使得可以检测多个局部散射图案，其仅用一个X射线射击反映样本的空间内部结构，使我们能够采取大量连续图像，“Matias Kagias，方法的发明人和A PSI X射线断层扫描组的博士后研究人员由Marco Stackanoni领导。作为原则的证据，研究人员使用新方法在结过程中显示碳纤维带中的纤维取向。它们以每秒25秒的速度获得时间分辨的X射线投影，在11秒内每秒25张图像。

可以想到医学和安全的应用

新方法不仅与SynchRotron设施（如瑞士光源SLS）的X射线，还使用来自传统X射线管的光束。因此，Marco Stampanoni教授说，“预计这一新颖的方法将在医疗设备和非破坏性测试中找到实际应用以及国土安全领域。”

参考：Matias Kagias，Zhentian王，Mie Elholm Birkbak，Erik Lauridsen，Matteo Abis，Goran Lovric，Konstantantins Jefimovs和Marco Stampanoni，2019年11月12日，NotiTe Communications.doi：
10.1038 / s41467-019-12635-2

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