Tillämpa en ny metod, tekniker och materialforskare kommer att kunna snabbt, få exakt och icke -destruktivt information om mikrostrukturen och funktionen hos transparenta material inklusive enkristaller, glasögon, och keramik. Artikeln har publicerats i Journal of Alloys and Compounds .

Forskare vid Far Eastern Federal University (FEFU) använde en unik matematisk modell för att beräkna data från 3D-bilder av defekter i volymen av transparenta funktionella material. Den första uppsättningen experimentella data erhölls via konfokal laserskanningsmikroskopi (CLSM), en speciell typ av ljusoptisk mikroskopi. Lösningen är av stor vikt för teknologer och materialvetare.

"De funktionella egenskaperna hos transparenta material (kristaller, glasögon, keramik) bestäms till stor del av deras kvarvarande porositet. Således, laserverkningsgraden för keramiska prover är densamma som för kommersiella enstaka kristaller och glasögon om kvarvarande porkoncentration faller under <10-4 volymprocent. Det är extremt låga värden. Visualisering av kvarvarande porositet med så låga hastigheter kräver särskilda tekniska ansträngningar och pålitliga metoder för deras kvantitativa utvärdering, "sade Denis Kosyanov, seniorforskare vid Naturhögskolan, FEFU.

Enligt medförfattaren Alexander Zakharenko, det finns flera tekniker för att visualisera materialets volymetriska struktur. Bland dem finns röntgentomografi (CT), fokuserad jonstrålingstomografi (FIP), konfokal laserskanning (CLS), etc. Dock CT -metoden kräver en synkrotronstrålningskälla, och FIP är destruktivt för objektet under studien och kan därför inte sondera samma område två gånger.

"Den icke-destruktiva CLSM-metoden gör att vi kvalitativt och snabbt kan karakterisera ett transparent material med konstruktionen av en 3D-modell för defektfördelningen i dess volym. Genom att variera våglängden för den applicerade laserstrålningen, vi kan kontrollera objektets möjliga skanningsvolym och storlekströskeln för att upptäcka defekter - från tiotals nanometer till flera mikron, sa Alexander Zakharenko, en senior forskare vid FEFU.

Medförfattare Alexey Zavjalov sa att alla kända visualiseringsmetoder endast ger en kvalitativ bedömning av materialstrukturen. En nyckelfråga för FEFU -teamet var utvecklingen av en metod för att kvantifiera porositeten hos transparenta material med hjälp av mikroskopidata.

"Det är nödvändigt att klargöra att mikrograferna ger information bara om en viss del av provet. Men porstorleken vid snittet återspeglar inte deras verkliga storlek. Om man använder en sfärisk approximation, porstorleken på snittet kommer att sammanfalla med den verkliga storleken endast om snittet passerar exakt genom porens centrum. Dock, för de allra flesta porer, snittet passerar antingen över eller under deras centrum. Vi tog också hänsyn till att delar av lika storlek kan bildas för porer med olika diametrar. Dessa bedömningar var grunden för vår matematiska modell för att återställa den fördelade porstorleken i materialet enligt experimentella data för deras storlekar vid provets skärning, "sa Alexey Zavjalov, en forskare vid FEFU Academic Department of Nuclear Technologies.

"Genom att applicera CLS -mikroskopi i kombination med den ursprungliga metoden för experimentell databeräkning, vi lärde oss hur man korrekt bestämmer kvantiteten och storleken på porositeten hos transparenta funktionella material. Särskilt, med exempel på laserkeramik 1-4 vid procent Nd3 +:YAG med en känd funktionsnivå, vi jämförde vårt tillvägagångssätt med världens kända metoder och visade dess maximala effektivitet. Som ett resultat av vårt arbete, det blev möjligt att hämta egenskaper hos objekt med hög densitet på en ny nivå, därigenom öka precisionen i teknikerna för deras skapande, sa Denis Kosyanov.