Forskare vid Paul Scherrer Institute PSI har förbättrat en metod för liten vinkelröntgenspridning (SAXS) i en sådan utsträckning att den nu kan användas vid utveckling eller kvalitetskontroll av nya fiberförstärkta kompositer. Det betyder att i framtiden, sådana material kan undersökas inte bara med röntgenstrålar från särskilt kraftfulla källor som den schweiziska ljuskällan SLS, men även med de från konventionella röntgenrör. Forskarna har publicerat sina resultat i tidskriften Naturkommunikation .

Nya fiberförstärkta kompositer blir allt viktigare som stabila och lätta material. Ett exempel på denna typ av komposit är kolfiberförstärkta polymerer (CFRP), som används i flygplanskonstruktion eller vid konstruktion av Formel 1-racingbilar och sportcyklar. Egenskaperna hos dessa material beror till stor del på hur de små fibrerna är inriktade och hur de är arrangerade och inbäddade i det omgivande materialet, påverka det mekaniska, optisk, eller elektromagnetiskt beteende hos kompositerna.

För att undersöka fiberns orientering i sådana kompositer, forskare måste titta in i dem. Man skulle kunna använda liten vinkelröntgenspridning (SAXS), utnyttjar det faktum att röntgenstrålar sprids när de penetrerar materia. Det resulterande spridningsmönstret kan sedan användas för att erhålla information om det inre av ett prov och eventuellt fibrernas orientering. Dock, de vanliga SAXS-metoderna har nackdelen att vara ganska långsamma:Det kan ta upp till flera timmar att skanna centimeterstora prover med den upplösning som krävs.

Att observera knutningen av ett kolfiberband

Forskare vid Paul Scherrer Institute PSI och ETH Zürich, tillsammans med kollegor från EPF Lausanne och det danska spin-off-företaget Xnovo Technology, har nu lyckats vidareutveckla tekniken för praktiska tillämpningar. "Den avgörande faktorn var att vi installerade en rad röntgenlinser bakom provet. Detta gör det möjligt att upptäcka flera lokala spridningsmönster som återspeglar den rumsliga inre strukturen av ett prov med endast en röntgenbild, gör det möjligt för oss att ta ett stort antal bilder i följd, säger Matias Kagias, uppfinnaren av metoden och en postdoktor i PSI-röntgentomografigruppen som leds av Marco Stampanoni. Som ett principbevis, forskarna använde den nya metoden för att visa fibrernas orientering i ett kolfiberband under knutningsprocessen. De förvärvade tidsupplösta röntgenprojektioner med en hastighet av 25 bilder per sekund under en period av 11 sekunder.

Tillämpningar inom medicin och säkerhet är tänkbara

Den nya metoden fungerar inte bara med röntgenstrålar från synkrotronanläggningar som Swiss Light Source SLS, men även med strålar från konventionella röntgenrör. Därför, säger prof. Marco Stampanoni, "det förväntas att detta nya tillvägagångssätt kommer att hitta praktiska tillämpningar inom medicinsk utrustning och oförstörande testning såväl som inom området för säkerhet i hemlandet."

Forskarna har publicerat sina resultat i tidskriften Naturkommunikation .