Den 13 maj 2011, journalen Vetenskap publicerat en uppsats där forskare från Risoe DTU (Danmark), i samarbete med forskare från Kina och USA, rapportera en ny metod för att avslöja en 3D-bild av strukturen inuti ett material.
De flesta fasta material består av miljontals små kristaller, packade ihop för att bilda ett helt tätt fast ämne. Orienteringarna, former, storlekar och relativa arrangemang av dessa kristaller är viktiga för att bestämma många materialegenskaper.
Traditionellt, det har bara varit möjligt att se kristallstrukturen i ett material genom att titta på en snittyta, ger bara 2D -information. Under de senaste åren har röntgenmetoder har utvecklats som kan användas för att titta inuti ett material och få en 3D-karta över kristallstrukturen. Dock, dessa metoder har en upplösningsgräns på cirka 100 nm.
I kontrast, den nyutvecklade tekniken som nu publiceras i Vetenskap , tillåter 3D -kartläggning av kristallstrukturen inuti ett material ner till nanometerupplösning, och kan utföras med ett transmissionselektronmikroskop, ett instrument som finns i många forskningslaboratorier.
Prover måste vara tunnare än några hundra nanometer. Dock, denna begränsning är inte ett problem för undersökningar av kristallstrukturer inuti nanomaterial, där den genomsnittliga kristallstorleken är mindre än 100 nanometer, och sådant material undersöks över hela världen i en jakt på material med nya och bättre egenskaper än de material vi använder idag.
Till exempel, nanomaterial har en extremt hög hållfasthet och utmärkt slitstyrka och applikationer sträcker sig därför från mikroelektronik till kugghjul för stora väderkvarnar. Möjligheten att samla en 3D -bild av kristallstrukturen i dessa material är ett viktigt steg för att kunna förstå ursprunget till deras speciella egenskaper.
Ett exempel på en sådan 3D -karta ges i figuren, visar arrangemanget av kristaller i en 150 nm tjock nanometal aluminiumfilm. Kristallerna har identisk gitterstruktur (arrangemang av atomer) men de är orienterade på olika sätt i 3D -provet som illustreras med etiketterna 1 och 2. Färgerna representerar kristallernas orientering och varje kristall definieras av volymer av samma färg . De enskilda kristallerna i olika storlekar (från några nm till cirka 100 nm) och former (från långsträckta till sfäriska) syns tydligt och kartläggs med en upplösning på 1 nanometer.
En viktig fördel med sådana 3D -metoder är att de gör det möjligt att observera förändringarna i ett material direkt. Till exempel, kartläggningen kan upprepas före och efter en värmebehandling som avslöjar hur strukturen förändras under uppvärmning.
Denna nya teknik har en upplösning 100 gånger bättre än befintliga icke-destruktiva 3D-tekniker och öppnar nya möjligheter för mer exakt analys av strukturparametrarna i nanomaterial.
