출처: 파이살 알람기르, 재료 과학 및 공학 학교, 조지아 공과 대학, 애틀랜타, 조지아
고체 물질의 현미경 구조의 이미징, 및 이미지구조 성분의 분석은 물질학으로 알려져 있다. 종종, 우리는 노출 된 2 차원 표면에 의해 입증 된 구조적 특징만을 사용하여 재료의 내부 3 차원 미세 구조를 정량화하고 싶습니다. X선 기반 지형 방법은 매장된 미세 구조(예: 의료 맥락에서 잘 알고 있는 CT 스캔)를 드러낼 수 있지만, 관련 계측의 비용으로 인해 이러한 기술에 대한 접근이 매우 제한적입니다. 광학 현미경 기반 물질촬영은 X선 단층 촬영에 훨씬 더 접근가능하고 일상적인 대안을 제공합니다.
재료학 시리즈의 1부에서는 샘플 준비의 기본 원칙을 다루었습니다. 2부에서는 미세구조적 특징을 정량적으로 측정하고 2차원 단면에서 재료 시료의 3차원 구조로 정보를 번역할 수 있는 통계적 방법을 포함하여 이미지 분석의 원리를 거칩니다.
물질의 내부 3차원 구조로부터의 형태학적 정보는 물질적 기술, 즉 신중하게 선택된 2차원 섹션의 통계적 분석을 광학 현미경 이미지에 적용하여 얻을 수 있다.
열린 공간(원자에 의해 점유되지 않음)인 물질의 부피의 분획인 재료의 다공성은 기계적, 전기적, 광학적 특성을 결정할 수 있으며 이를 통한 대량 수송(투과성)에 직접적인 영향을 미칩니다. 볼륨 분획으로서의 다공성은 대표적인 2차원 슬라이스에서 공극의 영역 분수 또는 점 분획과 통계적으로 동등한 것으로 표시될 수 있다.
[1]
[2]
여기서A는 전체 이미지영역에 의해 정규화된 보이드 영역의 영역이고,PP는 마찬가지로, 무효에 누워 있는 점의 수가 총 프로브 점으로 나눈다. 괄호는 여러 샘플에 대한 평균을 나타냅니다.
다결정 물질에서 결정 입자의 평균 측면 치수인 평균 입자 크기는, 미세 구조 적 이미지에 테스트 라인을 오버레이하여 결정할 수 있는 평균 요격 입자 크기, G를 측정하여 정량화될 수 있다.
[3]
여기서 L은 테스트 라인(그림 2참조)과 단위 테스트 선 길이당 그레인 경계 사이의 교차개 수입니다. 높은 다공성 재료의 경우 G는 다음을 찾을 수 있습니다.
[4]
마지막으로, 물질의 효과적인 밀도는 물질적 기술에 의해 측정된 다공성을 고려하여 계산할 수 있다. 이러한 유효 밀도는 재료내의 모공의 부피를 고려한 반면, '밀도'는 비다공성 영역(측정 방법에 따라 다공성 영역)만을 지칭할 수 있다. 재료의 이 효과적인 밀도는 다음을 사용하여 찾을 수 있습니다.
[5]
공증은
p> 또는> 의해 얻을 수 있는 곳입니다.
도 1에서는 격자가 겹쳐진 다공성 재료의 단면을 볼 수 있습니다. 교차점을 사용하여 p> 결정할 수있습니다. 어두운 영역(모공)에 놓여 있는 교차점의 수는 Pp를 얻기 위한 교차점의 총 수로 나뉘며, 여러 이미지에서 Pp 값을 평균화하여 p> 도착합니다. P> 표 1. 다공성 측정. 표 2. 직선 프로브를 사용하여 측정을 가로채. *: Δ는 샘플링 오류입니다. 신뢰도 수준이 95%라고 가정하면 아래 방정식으로 샘플링 오류를 추정할 수 있습니다. N: 샘플 수 xi: i th 샘플 μ: 샘플 평균 범위[μ-Δ, μ+δ]에 누워 있는 인구 평균의 확률은 95%입니다. 샘플링 오차는 두 평균 간의 차이가 중요한지 말하는 기준으로 사용할 수 있습니다(예: 수직 선 프로브와 수평 선 프로브로 추정되는 IL의 평균 차이).
그림 1: 중첩 된 격자가있는 물질적 이미지입니다. 그리드의 교차점은 분석에 사용됩니다.
그림 2: a) 0, b) 30, c) 60 및 d) 90도 방향에서 선을 사용하여 곡물 크기 측정. 곡물은 분명히 모양의 이영양성 (다른 방향으로 한 방향으로 더 길다). 이 이 편성은 곡물이 "찌그러진"되는 처리 중에 시료에 작용하는 부균일한 힘으로부터 발생합니다.
이미지 ID
다공성 영역의 테스트 포인트
합계 번호 테스트 포인트
PP
Avg.
Δ*
P1
32
100
0.32
29
1.77
P2
29
100
0.29
P3
22
100
0.22
P4
37
100
0.37
P5
24
100
0.24
P6
30
100
0.30
아이디
프로브 L(mm)
수평(방사형 또는 후프)
수직(축)
나는
나는L
L>
G
나는
나는L
L>
G
평균.
Δ
평균.
Δ*
SL1
0.9
16
17.7
18.1
0.68
0.05mm
3
3.33
3.7
0.31
0.27 mm
SL2
0.9
14
15.5
2
2.22
SL3
0.9
18
20
4
4.44
SL4
0.9
16
17.7
3
3.33
SL5
0.9
15
16.7
5
5.56
SL6
0.9
19
21.1
3
3.33
이들은 3차원 정보를 추출하기 위해 재료에서 2차원 단면을 분석하는 표준 방법입니다. 우리는 특히 한 재료의 모공의 부피 분수와 두 번째 재료의 평균 곡물 크기를 추정하는 것을 보았습니다.
여기에 설명된 물질학적 샘플 제제는 2차원 정보를 사용하여 3차원 물질의 내부 미세구조 분석을 향한 필요한 첫 번째 단계이다. 예를 들어, 막 물질이 가스 배칭성에 영향을 미치기 때문에 막 물질이 얼마나 다공성일지 아는 데 관심이 있을 수 있습니다. 2D 단면의 보이드 구조 분석은 실제 3D 구조에서 다공성이 무엇인지에 대한 강력한 지표를 제공합니다(샘플링 통계가 높음). 또 다른 응용 프로그램은 예를 들어 오일 파이프 라인 합금에서 다결정 곡물의 방향을 분석하는 것입니다. 방향 분포 함수(ODF)는 파이프의 축 및 횡방향 기계적 강도와 직접 관련이 있을 수 있으므로 당사의 샘플 준비 절차는 이러한 분석의 중요한 구성 요소입니다.
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